Au cœur du Grand collisionneur de hadrons (LHC), l’un des plus ambitieux projets scientifiques au monde, la température joue un rôle aussi crucial que les particules elles-mêmes.
Pour que les collisions de protons atteignent des énergies inédites, les milliers d’aimants supraconducteurs doivent être refroidis à des températures proches du zéro absolu.
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Une prouesse technique que le CERN s’apprête à amplifier avec le LHC à haute luminosité (HL-LHC).
Des réfrigérateurs géants pour un accélérateur surpuissant
Le LHC est aujourd’hui la plus grande installation cryogénique au monde : 23 kilomètres de ses 27 kilomètres sont maintenus à 1,9 kelvin, soit -271 °C.
Ce froid extrême est rendu possible grâce à des réfrigérateurs qui font circuler de l’hélium superfluide, un liquide rare capable de descendre à ces températures inimaginables.
Pour le HL-LHC, prévu pour 2030, la luminosité, autrement dit le nombre de collisions par croisement de faisceau, va considérablement augmenter.
Cela nécessite des aimants de focalisation plus puissants et de nouvelles cavités sophistiquées, tous dépendants d’une puissance de refroidissement accrue.
Résultat : deux nouveaux réfrigérateurs viennent s’ajouter aux huit existants.
Une installation impressionnante et itinérante
Ces réfrigérateurs fonctionnent sur le même principe que ceux de nos cuisines, mais à une échelle titanesque :
- de gigantesques compresseurs pour comprimer l’hélium,
- des boîtes froides abritant turbines et échangeurs de chaleur,
- des cylindres de 16 mètres de long et 3,5 mètres de diamètre.
Ces équipements ont voyagé des usines allemandes jusqu’au CERN, via le Danube, le Main, le Rhin et la route à Bâle, avant d’être positionnés sur les sites des expériences ATLAS et CMS.
Des travaux qui se poursuivent jusqu’en 2026
L’installation ne fait que commencer. Tout au long de l’année prochaine, les équipes vont connecter les nouveaux réfrigérateurs aux systèmes de contrôle et installer les lignes cryogéniques reliant la surface aux installations souterraines.
En février prochain, deux boîtes froides supplémentaires seront placées sous terre, pour abaisser l’hélium jusqu’aux 1,9 kelvin nécessaires.
D’ici 2026, un test grandeur nature simulera la charge thermique de l’ensemble des équipements : aimants, cavités et système d’alimentation électrique froide.
Ce sera le moment de vérité avant que le HL-LHC ne commence à produire des collisions jamais observées.
Quand le froid devient moteur d’innovation
Cette mise à niveau cryogénique illustre à quel point la science moderne dépend de technologies extrêmes.
Chaque degré gagné ou perdu influence directement les expériences et, potentiellement, les futures percées en physique des particules.
Le LHC à haute luminosité ne se contente pas d’augmenter la quantité de collisions : il transforme le froid en un outil pour explorer l’invisible, repoussant les limites de notre compréhension de l’univers.
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