Le complexe d’accélérateurs du CERN alimente un grand nombre d’expériences et d’installations. Ces expériences abordent des questions de physique très diverses, allant de l’étude des constituants fondamentaux de la matière à la recherche de particules qui n’ont existé que dans l’Univers primordial. Le LHC est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules du monde. Il fait entrer en collision des faisceaux de protons ou d’ions lourds, et les résultats de ces collisions sont enregistrés par plusieurs détecteurs de particules.

Après un premier long arrêt en 2013 et 2014, suivi de quatre années d’exploitation (deuxième période d’exploitation), le complexe d’accélérateurs du CERN a connu son deuxième long arrêt à partir de début 2019. Le LS2 est un programme de maintenance, de consolidation et d’amélioration de deux ans, pendant lequel les accélérateurs et les détecteurs ne sont pas exploités. En revanche, les recherches de physique se poursuivent avec l’analyse des données collectées lors de la précédente période d’exploitation. Les services tels que le refroidissement et la ventilation continuent également, ce qui explique que la consommation d’énergie et d’eau, quoique fortement réduite, ne cesse pas complètement.

Pendant le LS2, de nombreux projets de préparation de la troisième période d’exploitation du LHC et du futur HL-LHC ont été menés. L’une des étapes marquantes du LS2 a été la réalisation du projet d’amélioration des injecteurs du LHC (LIU), qui a consisté à rénover l’intégralité de la chaîne d’accélérateurs en amont du LHC, afin de fournir les faisceaux plus intenses nécessaires au HL-LHC. Le travail sur le LHC proprement dit et les améliorations restant à apporter à ses expériences auront lieu pendant le troisième long arrêt (2025-2027).

Gestion environnementale des travaux d'excavation

Le nouvel équipement destiné au HL-LHC a nécessité d’importants travaux de génie civil au niveau du point 1 du LHC à Meyrin (Suisse) et du point 5 à Cessy (France). Un ingénieur en environnement, placé sous la responsabilité de l’entreprise chargée du projet, a suivi la progression des travaux de construction, conformément aux conditions d’attribution du contrat. Des travaux d’excavation ont été réalisés sur les deux sites pour créer de nouvelles cavernes et de nouveaux tunnels, produisant 100 000 m³ de matériaux excavés. Ces matériaux ont été analysés afin de déterminer s’ils pouvaient être réutilisés ou s’ils devaient être éliminés via les filières adaptées. Sur le site de Meyrin, une grande partie des matériaux excavés seront réutilisés pour créer une plateforme destinée à de nouveaux bâtiments. Sur les deux sites, les matériaux terreux seront réutilisés pour les aménagements paysagers.

Le CERN a également demandé à l’entreprise chargée des travaux d’élaborer des plans de gestion de l’eau pour les chantiers, afin de prévenir la pollution des cours d’eau avoisinants, par exemple le Nant d’Avril (Suisse) et l’Oudar (France).

Le HL-LHC, aboutissement du projet LHC, sera mené de 2028 à environ 2040. Pour mettre au point les nouveaux éléments du collisionneur, le CERN repousse les limites de plusieurs technologies, notamment dans les domaines de la supraconductivité, du calcul et de l’électronique. À long terme, ces innovations pourraient apporter des bénéfices considérables à la société. Ce sera notamment le cas des lignes de transmission électrique supraconductrices innovantes mises au point pour les aimants du HL-LHC (voir Pour aller plus loin).

Avec les performances plus élevées du HL-LHC en nombre de collisions de particules et le potentiel de découverte qui en découlera, la consommation d’énergie va s’accroître. Un plan d’optimisation a donc été élaboré, assorti d’un engagement à limiter l’augmentation de la consommation d’énergie, comme mentionné dans le chapitre sur l’énergie, qui décrit l’efficacité énergétique du complexe d’accélérateurs du CERN. L’utilisation d’eau pour le refroidissement est abordée dans le chapitre sur l’eau et les effluents.

Amalia Ballarino, conceptrice et responsable du projet de nouvelles lignes supraconductrices de transmission électrique au CERN.

— Que sont ces nouvelles lignes de transmission ?

AB: Il s’agit d’un nouveau système de transmission électrique supraconducteur pour courant continu, mis au point au CERN, composé de diborure de magnésium (MgB₂) et de matériaux supraconducteurs à haute température (HTS) ReBCO. Ces lignes relieront les convertisseurs de puissance aux aimants du HL-LHC. Huit systèmes de deux types différents sont nécessaires pour le HL-LHC. Chaque système comprend au maximum 19 câbles supraconducteurs en MgB₂ insérés dans un cryostat compact et souple, et mesure environ 100 m de long. Les lignes supraconductrices conduisent l’électricité sans résistance, ce qui permet de transporter des densités de courant beaucoup plus élevées que dans des câbles ordinaires, sans pertes. Avec ses 120 kA alimentant de nombreux circuits à 25 K, le système de transmission du HL-LHC est le plus puissant jamais construit et exploité.

— Ce système peut-il avoir d’autres applications hors du CERN ?

AB: Cette solution est sans égale pour la transmission à haute puissance. Des courants extrêmement élevés peuvent être transportés dans des cryostats au diamètre réduit. Prenez les sources d’énergie renouvelable, par exemple, où le point de production se situe souvent loin du point de consommation ; les futurs réseaux de distribution devront transporter une haute puissance électrique sur des centaines de kilomètres. Avec leur haute capacité de transmission et leurs faibles pertes, les lignes supraconductrices pourraient devenir une technologie décisive pour une transmission plus durable de l’énergie électrique.

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