Giulia Hull, architecte de la scintillation, médaille de cristal du CNRS

Chez Giulia Hull, tout part de la lumière. Plus précisément de ces minuscules flashs produits lorsqu’une particule traverse certains matériaux appelés scintillateurs. « La particule excite le matériau, qui se désexcite ensuite en émettant un infime signal lumineux », explique-t-elle. Ce signal, bien qu’à la limite du perceptible, contient pourtant une foule d’informations : énergie, position, vitesse… tous les éléments nécessaires pour retrouver la nature de la particule qui l’a généré. Toute la difficulté consiste à choisir le bon matériau, le bon photodétecteur, la bonne architecture instrumentale pour transformer cette lumière en mesure exploitable. Une affaire de précision, mais aussi d’intuition et d’inventivité : autant de qualités que Giulia Hull déploie depuis les débuts de sa riche carrière d’ingénieure. 

Dès sa thèse à Rome, elle se destine à une physique au plus près de l’instrument, en choisissant de travailler sur la réutilisation d’un détecteur du CERN pour des applications médicales. Puis c’est à l’occasion d’un post-doctorat aux États-Unis qu’elle approfondit le domaine qui deviendra sa spécialité : la physique des matériaux scintillateurs. « Là-bas, je me suis intéressée aux propriétés des matériaux, aux mécanismes de scintillation, à leur caractérisation. » Deux années décisives qui la convainquent définitivement : ce qui la passionne n’est pas seulement la physique des particules, mais la manière de la rendre observable. Une affinité qui motivera son choix décisif à son arrivée en France, alors qu’elle rejoint le CNRS en 2010 : « Il était devenu évident pour moi que je candidaterais comme ingénieure de recherche et non comme chercheuse. » 

Au l’IPNO, un des grands laboratoires de physique des deux infinis d’Orsay intégré depuis à IJCLab, elle s’implique rapidement dans le développement de détecteurs complexes pour plusieurs expériences internationales. L’un des premiers grands projets qui la marque est le Central Neutron Detector (CND) de CLAS12, une expérience basée au laboratoire américain Jefferson Lab visant à caractériser les propriétés internes des neutrons et des protons. « A l’époque, je faisais mes premiers pas en tant qu’ingénieure de recherche, sans maîtriser encore tous les processus propres au métier. CND m’a permis de me projeter dans ce rôle d’ingénieure cheffe de projet », se souvient-elle. 

Le défi est immense : optimiser la géométrie des scintillateurs, choisir les bons photodétecteurs, gérer les contraintes de résolution temporelle tout en éloignant les composants sensibles des champs magnétiques. « On est partis d’un concept de base, puis on a testé énormément de configurations avant d’arriver au bon design. En tout, j’ai été impliquée huit ans sur le projet, entre les phases de R&D, de tests et de production ». Le détecteur est installé depuis 2017 et fonctionne aujourd’hui avec succès.

Au fil des années, Giulia Hull se penche également sur des projets d’astroparticules, la science des particules fusant à travers le cosmos. Elle pilote notamment le développement de dispositifs instrumentaux critiques du système de calibration de CTAO, le futur observatoire de rayons gamma en cours d’installation au Chili et sur les îles Canaries. Sur AugerPrime, l’observatoire nouvelle génération dédié aux rayons cosmiques ultra-énergétiques en Argentine, elle se consacre entre autres à la R&D pour la définition du design du détecteur scintillateur dont un exemplaire a été ajouté sur chacune des 1660 cuves des détecteurs Tcherenkov de l’observatoire. A travers ces expériences, son expertise se développe pour couvrir toute la chaîne instrumentale : scintillateurs, photodétection, calibration, électronique, intégration. Mais au milieu de ces projets pharaoniques, l’innovation brute, partie d’idées loufoques testées en laboratoire, continue d’éclairer la carrière de Giulia, comme l’illustrent les débuts de GRAiNITA.   

« Au départ, GRAiNITA, c’est un morceau de fibre optique plongé dans un bocal de sel », sourit-elle. L’idée vient d’un chercheur émérite du laboratoire, qui propose d’utiliser un volume opaque de grains scintillants (les grains de sel de ce premier « prototype ») plutôt qu’un cristal transparent uniforme, comme dans les détecteurs classiques. Dans une telle configuration, la lumière est piégée entre les grains et ne peut donc pas se propager librement jusqu’au photodétecteur. L’astuce consiste alors à insérer des fibres optiques directement entre les grains pour collecter la lumière au plus près de son point de création et la conduire jusqu’au détecteur. Selon les calculs de la petite équipe qui se forme alors à IJCLab, de tels détecteurs pourraient atteindre des performances proches des calorimètres à cristaux, avec pour différence majeure une addition nettement moins salée : fabriquer des grains coûte environ deux fois et demi moins cher que produire un cristal uniforme. 

Peu à peu, l’idée prend forme. Les grains de sel laissent place à des petits cristaux de tungstate de zinc de taille millimétrique dans le cadre d’un premier mini-prototype encourageant. Puis les financements arrivent sous la forme d’une ANR, des collaborations avec d’autres laboratoires se créent… Aujourd’hui, le bocal de sel relié à la fibre s’est transformé en projet expérimental envisagé pour les futurs détecteurs du FCC, le gigantesque collisionneur de particules à l’étude au CERN.

« Le fait de partir d’une idée très simple, de construire un prototype, de voir que ça marche, de faire grandir le projet, c’est mon idée de la science. Nous nous sommes beaucoup amusés avec GRAiNITA, comme en atteste le nom du projet. Dans notre granita à nous, les grains scintillants jouent le rôle des cristaux de glace, les fibres optiques celui de la paille, et le liquide que nous ajoutons entre les grains pour améliorer la collecte de lumière, c’est le sirop qui relie l’ensemble ». 

Au-delà de l’ingénierie des détecteurs, Giulia Hull s’investit de plus en plus dans la structuration collective de la recherche depuis IJCLab. Elle coanime notamment le GDR DI2I — Détection des Deux Infinis — destiné à fédérer les communautés travaillant sur l’instrumentation pour la physique des particules, de la physique nucléaire et de l’astrophysique. Cette vision de la recherche comme entreprise profondément collective l’anime à travers toutes ses missions : « Ce que j’aime, c’est mettre autour de la table des gens aux expertises très différentes et les voir travailler ensemble comme un orchestre. La recherche, ce n’est pas un travail solitaire. Tout le monde compte, du technicien qui a soudé les pièces à l’ingénieur qui a conçu l’appareil en passant par l’administratif qui passe les commandes. »

Depuis janvier 2026, Giulia Hull apporte cette vision à la direction de son laboratoire en tant que directrice technique d’IJCLab, à la tête d’un vaste pôle d’ingénierie regroupant un peu plus de 160 agents. Une nouvelle responsabilité qu’elle découvre encore avec enthousiasme. « Quand on n’est pas dans une direction, on ne se rend pas toujours compte de toute la nature du travail fourni par l’équipe », confie-t-elle. « La gestion des compétences, la stratégie scientifique, les recrutements, le soutien aux projets… Tout cela me donne une vue d’ensemble sur ce monde de la recherche qui est le nôtre, tout en me permettant d’agir concrètement pour le soutenir et le défendre ». 

La médaille de cristal du CNRS vient aujourd’hui saluer une carrière brillante – une distinction qu’elle accueille avec émotion. « Je me sens fière, mais surtout très reconnaissante. Je ne pense pas mériter ça plus qu’un autre. Que quelqu’un ait estimé le contraire me touche beaucoup. »