Dans les coulisses de GS : planifier l’avenir du CERN
Coup de projecteur sur la section FAS (Future Accelerator Studies - Études sur les futurs accélérateurs) du CERN, qui entreprend les études de génie civil pour les futures installations scientifiques du Laboratoire.
La section FAS coordonne les études de génie civil et d’infrastructures pour les futurs projets à grande échelle dans le domaine de la physique. Certains de ces projets devraient être terminés d’ici deux ans environ, comme AWAKE, d’autres ne le seront pas avant 10 ans, tels que le LHC haute luminosité (HL-LHC), et d’autres encore, comme le futur collisionneur circulaire (FCC), attendent toujours d’être approuvés. « Le CERN a besoin de pouvoir étudier la faisabilité des futurs projets et d’en évaluer les risques, même s’ils ne sont pas encore tous entièrement approuvés, explique John Osborne, chef de la section FAS, qui comprend aussi deux boursiers et un étudiant technique. « Notre petite équipe collabore étroitement avec d’autres groupes du CERN et avec des entreprises externes pour étudier les projets sous l’angle du génie civil. »
La section FAS participe à la phase d’études préliminaires de conception précédant toute construction en étudiant des installations techniques en surface comme en souterrain. « Le plus difficile est de comprendre quelles sont les exigences et comment les satisfaire avec quelque chose de faisable et de financièrement viable, poursuit John Osborne. Trouver un compromis satisfaisant aussi bien pour les physiciens que pour les ingénieurs peut parfois s’avérer délicat », ajoute-t-il.
Par exemple, la section FAS a étudié divers concepts pour le projet du HL-LHC. Il est en effet prévu que le LHC soit exploité à une luminosité accrue en 2023, ce qui devrait permettre de produire cinq à dix fois plus de collisions. Ainsi, de nouvelles cavernes doivent être construites pour accueillir les équipements cryogéniques et les convertisseurs de puissance. Après avoir étudié diverses alternatives pour les convertisseurs de puissance, la section FAS a conclu que cet équipement pourrait aussi être installé en surface. Des liaisons supraconductrices, disposées dans des conduites verticales, transporteraient l’électricité depuis les convertisseurs de puissance jusqu’aux aimants situés dans le tunnel. « Bien que les études sur lesquelles nous travaillons apportent beaucoup d’informations, le processus de prise de décision n’est pas facile », précise John Osborne. Trouver une solution pour le transport de l’électricité dans le HL-LHC est un excellent exemple. Si la solution des conduites peut s’avérer financièrement plus viable, la technologie nécessaire pour percer une série de conduites de 40 centimètres de diamètre jusqu’à une profondeur de 100 mètres est loin d’être au point. Les travaux sont susceptibles de commencer lors du prochain long arrêt en 2018, c’est-à-dire dans moins de quatre ans, ce qui en termes de génie civil ne laisse pas beaucoup de temps pour prendre une décision !
L’équipe FAS a également commencé à étudier les besoins en génie civil pour le Futur collisionneur circulaire (FCC), un projet de très grand collisionneur, d’une taille de 80 à 100 kilomètres de circonférence, pouvant atteindre une énergie beaucoup plus élevée que le LHC. Le travail préparatoire pour cette étude vise à évaluer la faisabilité d’une telle machine du point de vue du génie civil. Un consultant en génie civil a mis au point un outil logiciel pour le CERN facilitant les études préliminaires de conception géotechniques du tunnel. Cet outil est une application SIG dynamique reposant sur le web qui intègre, dans un environnement numérique convivial, de nombreuses sources de données géologiques existantes, en tenant compte des exigences liées au terrain, au percement du tunnel et au système du collisionneur de particules. « Cet outil est essentiel pour vérifier si un emplacement convient physiquement pour le FCC, explique John Osborne. Nous pouvons ajuster la taille du tunnel, sa profondeur et sa circonférence afin de déterminer la géologie du terrain dans lequel il faudrait creuser. »
La section travaille aussi sur des projets de collisionneurs linéaires : le CLIC et l’ILC. John Osborne fait partie d’un comité chargé d’étudier l’emplacement le plus approprié pour l’ILC. Il s’est rendu récemment au nord du Japon, qui semble être l’endroit le plus propice. L’ILC observera les collisions d’électrons et de positons et procédera à des mesures électrofaibles extrêmement précises du boson Z. Il étudiera en outre de manière approfondie le quark top et l’autocouplage du boson de Higgs à l’énergie dans le centre de masse la plus élevée.
