L’électricité est la principale source d’énergie utilisée au CERN. Elle est essentiellement produite en France, où le bouquet énergétique est à 87 % à faible émission de carbone. En 2019 et 2020, le CERN a consommé respectivement 428 GWh (1 541 TJ) et 442 GWh (1 591 TJ) d’électricité. Pendant cette période, le LHC a connu son deuxième long arrêt (LS2), lors duquel la consommation d’électricité du CERN a été inférieure de 64 % par rapport à celle enregistrée en période d’exploitation.

Le CERN utilise aussi du gaz naturel pour le chauffage, de l’essence pour ses véhicules et du diesel pour ses générateurs de secours. En 2019 et 2020, le CERN a consommé respectivement 68 GWh (246 TJ) et 66 GWh (238 TJ) de combustibles fossiles. L’achat d’énergie représente environ 5 % du budget annuel du CERN, ce pourcentage étant plus faible pendant les longs arrêts.

Les expériences du LHC génèrent environ 90 pétaoctets (90 x 10¹⁵ octets) de données par an. À cela s’ajoutent les 25 pétaoctets de données produites chaque année par les autres expériences. Ces données sont stockées, distribuées et analysées par des scientifiques du monde entier via la Grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG). La WLCG, une des plus grandes infrastructures de calcul du monde, est gérée et exploitée par une collaboration internationale entre les expériences du LHC et les centres de calcul participants. La consommation d’énergie de la WLCG détaillée ici concerne uniquement les installations détenues ou exploitées par le CERN. Fin 2019, le CERN a mis un terme à sa collaboration de sept ans avec le Centre de données Wigner en Hongrie, qui abritait une grande quantité d’équipements de calcul offrant une capacité supplémentaire au Centre de données du CERN. Le Centre de données Wigner a consommé 9,7 GWh (35 TJ) d’énergie en 2019.

Le CERN produit principalement des données, issues de collisions de faisceaux de particules et enregistrées par des expériences. Il cherche en permanence à améliorer l’efficacité énergétique de ses accélérateurs. En période d’exploitation, environ 55 % de la consommation d’énergie du CERN vient du LHC. Au cours des années à venir, le nombre de collisions produites par le LHC, correspondant à un paramètre appelé luminosité et mesuré en femtobarns inverses (fb^-1), va presque tripler. Une luminosité plus élevée signifie plus de données pour les expériences, une meilleure précision et des possibilités accrues de nouvelles découvertes, mais elle rime aussi avec une plus grande consommation d’énergie.

Le CERN a créé un indicateur pour mesurer la quantité d’énergie utilisée par unité de luminosité produite : le gigawatt-heure par femtobarn inverse (GWh/fb^-1). Lors de la première période d’exploitation du LHC, la meilleure performance a été de 27 GWh/fb^-1. Comme le montre le graphique, le LHC a fourni deux fois plus de données par unité d’énergie lors de sa deuxième exploitation que lors de sa première. Ce ratio devrait encore augmenter lors de la troisième période d’exploitation, et davantage encore avec le LHC à haute luminosité (HL-LHC). Le CERN estime que le ratio de performance au démarrage du HL-LHC sera d’environ 5 GWh/fb^-1, puis passera plus tard à 2,5 GWh/fb^-1. Par rapport à la première période d’exploitation, le HL-LHC multipliera par dix l’efficacité énergétique de l’installation phare du CERN sur 20 ans.

Le CERN s’est engagé à limiter à 5 % la hausse de sa consommation d’énergie d’ici à fin 2024 (année de référence : 2018). Les objectifs à plus long terme seront définis dans les futurs rapports. Pour tenir cet engagement, le Comité pour la gestion de l’énergie (EMP) a déployé trois grandes stratégies pour l’énergie : améliorer l’efficacité, consommer moins et récupérer plus.

Concernant la gestion de l’utilisation d’énergie, l’accent est mis sur les accélérateurs et les nouveaux projets, tels que le HL-LHC. Le Laboratoire étudiera également l’énergie utilisée durant le LS2 afin d’évaluer ce que le CERN pourrait faire à l’avenir pour optimiser sa consommation pendant ces périodes.

Bien que l’énergie utilisée dans les bâtiments ne représente qu’une petite partie de la consommation d’énergie totale du Laboratoire, tous les nouveaux bâtiments du CERN (tels que le Portail de la science, nouveau centre pour l’éducation et la communication scientifiques grand public) sont conçus pour être économes en énergie. Lorsque d’anciens bâtiments sont rénovés, le CERN veille à améliorer leur efficacité énergétique.

Depuis 2018, le CERN rénove la zone Est du Synchrotron à protons. La première phase du projet, qui s’est achevée en 2019, a consisté à restaurer l’enveloppe du bâtiment pour en améliorer l’efficacité énergétique. Lors de la deuxième phase, les lignes de faisceaux ont été rénovées et les convertisseurs de puissance ont été remplacés par de nouveaux modèles, conçus pour alimenter les aimants de manière cyclique, avec une phase de récupération d’énergie entre chaque cycle. Avec ce projet de rénovation, la consommation électrique de la zone Est devrait passer de 11 GWh/an à environ 0,6 GWh/an. Lors du premier long arrêt, un système d’alimentation similaire avait été adopté pour le Supersynchrotron à protons (SPS), ce qui avait réduit la consommation d’énergie de la machine de 40 GWh/an.

En 2019, le CERN a signé un accord avec les autorités françaises locales concernant la récupération de la chaleur de ses installations au point 8 du LHC pour chauffer une zone résidentielle située à Ferney-Voltaire (voir Pour aller plus loin). Le CERN continue d’étudier les possibilités de récupération de chaleur sur ses autres sites, notamment au point 1, à Meyrin, où la chaleur des tours de refroidissement pourrait être récupérée pour alimenter le chauffage central du site de Meyrin. En 2020, le CERN a attribué un contrat pour la conception, la construction, l’exploitation et la maintenance d’un nouveau centre de données, dont la chaleur pourrait être récupérée pour chauffer le site de Prévessin.

Paul Pepinster, chef de projet au sein du groupe Refroidissement et ventilation au CERN et coordonnateur technique du projet de récupération de chaleur.

— Qu'est-ce que le projet de récupération de chaleur ?

PP: L’eau chaude du système de refroidissement du LHC sera déviée et utilisée pour chauffer un nouveau quartier résidentiel à Ferney-Voltaire. Grâce à cette chaleur, les logements seront chauffés à moindre coût et avec moins d’émissions de CO₂. La quantité de chaleur produite augmentera progressivement sur huit à dix ans, pour atteindre 20 GWh/an.

— Quand ce projet prendra-t-il fin ?

PP: Nous avons terminé la construction du circuit de récupération de chaleur jusqu’au périmètre du domaine du CERN, au point 8 de l’anneau du LHC. Pour éviter de perturber le fonctionnement de l’accélérateur, les travaux ont été réalisés pendant le deuxième long arrêt. La communauté locale prépare à présent l’installation de deux kilomètres de canalisations, alors que l’accélérateur est en cours d’exploitation. Un plan pour tester le bon fonctionnement du système est prévu pour fin 2022.

Les questions relatives au présent rapport peuvent être adressées à : environment.report@cern.ch.