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Collisionneur de hadrons, mode d’emploi
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Collisionneur de hadrons, mode d’emploi

Pouthier Adrien |  le 10/09/2008  |  France entièreEurope

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Le Centre européen de recherches nucléaires (Cern) de Genève a inauguré mercredi 10 septembre à la frontière franco-suisse le gigantesque accélérateur de particules, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), destiné à recréer les conditions du Big Bang et tenter de comprendre la formation de l'Univers.


Théoriquement, reproduire le Big Bang est assez simple. Il suffit de faire entrer en collision deux faisceaux de protons. Ensuite, on a tout le loisir d’observer, théoriquement toujours, comment les particules de pure énergie acquièrent leur masse en traversant un champ magnétique appelé champ de Higgs, au contact d’une particule mathématique baptisée "boson de Higgs ", d’une énergie de 106GeV (giga-électronvolts).
Pour faire se "collisionner " deux faisceaux de protons, il suffit d’avoir un "collisionneur " - un accélérateur de particules – et des aimants supraconducteurs, qui génèreront un champ magnétique pour permettre l'entrée en collision des particules. Dernier détail, le collisionneur doit être "cryogénisé " et maintenu à une température de 1,8K (degré Kelvin soit - 271 °C) proche du zéro absolu. Jusqu’à aujourd’hui c’était de la théorie. Mais depuis le mercredi 10 septembre, on est enfin passé de la théorie à la pratique. Le collisionneur existe et fonctionne. Sa construction a pris huit années et s’est avérée extrêmement complexe…

Du LEP au LHC
Situé à la frontière franco-suisse, l’accélérateur de particules du CERN, le Centre européen de recherches nucléaires, fait 27 kilomètres de circonférence. Construit entre 1983 et 1989, cet accélérateur de particules enterré à 100 mètres de profondeur n’était jusqu’alors qu’un "simple " LEP (Large Electron Positron, accélérateur d’électrons) qu’il a fallu transformer en LHC, Large Hadrons Collider, ou "Grand Collisionneur de Hadrons " (ou protons).
Premier problème, l’anneau du LEP était un anneau simple, celui du LHP est double. Deux tubes distincts à l’intérieur desquels circulent, dans des sens opposés, les faisceaux de protons. Pour les faire se rencontrer, les tubes convergent à huit reprises. Produites à l’extérieur de l’anneau, les particules sont d’abord accélérées dans un premier tunnel circulaire. Des ouvrages souterrains, dits «de transfert", sont donc nécessaires afin d’introduire les deux faisceaux en sens inverses dans l’anneau. Deux tunnels pour introduire les protons, et deux tunnels pour récupérer les faisceaux dégradés par les expériences. Tangents au tunnel principal, les deux derniers sont remplis sur une épaisseur de 15 m par des masses de graphite et d’aluminium. Pour tout cela, il a donc fallu creuser 6,5 km de tunnels, six puits et excaver trente-deux cavernes. Des cavernes de 53 m de long, 30m de large et 35m de haut, pouvant contenir un immeuble de douze étages ! Au total 420000m3 de matériaux !

Prière de ne pas déranger
Deuxième difficulté : les travaux ont dû être réalisés alors que le LEP fonctionnait encore !
Vibrations et poussière interdites ! Donc pas d’explosifs. Et certaines zones à creuser se sont révélées extrêmement ardues : l’une des deux principales cavernes d’expériences est ainsi située sous une couche de moraines aquifères d’environ 55 m d’épaisseur, qui sont le siège de deux nappes phréatiques superposées. Il a alors fallu utiliser la technique de la congélation, longue et coûteuse, dont le principe consiste à forer des "tubes congélateurs " qui vont congeler l’eau souterraine autour des puits, jusqu’à former une paroi de 2 à 3 m d’épaisseur qui permettra l’excavation. Ailleurs, il a fallu pratiquer l’attaque ponctuelle dans la molasse, assortie de parois moulées. Le creusement des puits qui ont servi à descendre les aimants a été réalisé au brise-roche hydraulique par tranches de 1,50 m. L’excavation de la périphérie s’est effectuée, elle, avec une tête de haveuse et a été suivie d’un boulonnage et de deux passes de béton projeté sur un treillis métallique. Le passage du LEP au LHC a également entraîné le remplacement de plusieurs milliers de kilomètres de câbles électriques dont chaque fil possède sa propre connectique. Bref, un chantier monumental de huit années, 213,4 millions d’euros dont 189 millions d’euros de travaux de génie civil pour un projet de plus de 6 milliards d’euros qui a mobilisé outre le Cern, maître d’ouvrage: EDF, Knight & Piesold, Gibb, Geoconsult, SGI, Brown & Root, Intecsa, Hydrotechnica, Dito, Teerag-Asdag, Baresel, Locher, Dragados, Seli, Taylor Woodrow, Amec, Spie Batignolles, Scrasa, Losinger, Reymond, ou encore Prader.

Première historique
Mercredi 10 septembre 2009 restera donc dans l’histoire la date de la mise en service de ce "créateur de big bang ". A 9h33, un premier faisceau de protons a été envoyé dans l'anneau géant. Un autre faisceau devait être envoyé dans l'autre sens pour vérifier la bonne fonctionnalité du système. Dans les semaines à venir, les faisceaux seront envoyés simultanément dans les deux directions afin de provoquer les collisions de particules et, au fil des mois, le LHC montera en puissance pour atteindre des vitesses proches de celle de la lumière. Les physiciens espèrent confirmer l'existence du boson de Higgs et collecter annuellement des données qui rempliront quelque 100.000 DVD double couche. Quant aux citoyens ordinaires, malgré les propos rassurant des scientifiques, ils se demandent si reproduire le big bang est bien raisonnable…

Adrien Pouthier

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