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CERN – LHC

Sur les traces de la naissance de l’univers

Le CERN, organisation européenne pour la recherche nucléaire, est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires scientifiques du monde. Il a pour vocation la découverte des lois de l’univers et des constituants ultimes de la matière qui trouvent de nombreuses applications dans la vie quotidienne, notamment en médecine et en informatique. Le principal instrument utilisé par les scientifiques du CERN est le Large Hadron Collider (LHC), un accélérateur de particules pour lequel Air Liquide a conçu un système d’alimentation cryogénique complexe, unique au monde.

La machine à remonter le temps

Mis en service en 2008, le LHC (Large Hadron Collider) est le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. A l’intérieur du LHC, deux  faisceaux de particules circulent en sens opposé dans des tubes distincts placés sous ultra vide et à une vitesse proche de celle de la lumière. Ils entrent ensuite en collision l’un avec l’autre dans un anneau de 27 km de circonférence construit à 100 m sous terre, recréant ainsi les conditions des premiers instants de l’univers. 

L’analyse de ces collisions et des milliers de particules qui sont créées permet de mieux comprendre la naissance de l’univers. Le LHC a notamment permis de valider, en 2012, l’existence du Boson de Higgs, clé de voûte du « modèle standard » de la physique des particules, décrivant la manière dont le monde est construit.

Les aimants doivent donc être refroidis à -271 °C, une température plus froide que celle de l’espace intersidéral.

Pour guider les particules le long de l’anneau de l’accélérateur, il faut utiliser des électroaimants supraconducteurs capables de générer des champs magnétiques 100 000 fois plus intenses que le champ terrestre. Cette puissance est nécessaire  pour garder les deux faisceaux de particules sur leurs « rails » et assurer leur collision. Les aimants doivent donc être refroidis à -271 °C, une température plus froide que celle de l’espace intersidéral.

Un défi multiforme pour l’alimentation en hélium liquide

Partenaire du CERN depuis 1975, Air Liquide a réalisé, dans le cadre de la construction du LHC, une première mondiale : concevoir et fabriquer le plus grand système cryogénique permettant de faire circuler 100 tonnes d’hélium liquide sur 27 km.

Air Liquide a réalisé, dans le cadre de la construction du LHC, une première mondiale.

Le LHC est relié au système de distribution d’hélium liquide conçu par Air Liquide essentiel au refroidissement des 1 700 aimants supraconducteurs à leur température de fonctionnement optimale (-271 °C).

Air Liquide a réalisé, dans le cadre de la construction du LHC, une première mondiale : concevoir et fabriquer le plus grand système cryogénique permettant de faire circuler 100 tonnes d’hélium liquide sur 27 km.

Pour cette première mondiale, nous avons notamment relevé trois défis technologiques majeurs :

  • le refroidissement des 1 700 électroaimants répartis sur 27 km à 1,9K (-271 °C), soit une température très proche du « zéro absolu ». Rappelons que le « zéro absolu » est la température la plus basse que l’on puisse approcher (0K sur l’échelle des degrés Kelvin ou -273,15 °C sur l’échelle des degrés Celsius)
  • la conception, la fabrication et l’assemblage de plus de 3 000 éléments pour constituer le dispositif cryogénique global
  • la fabrication, au dixième de millimètre près, de 300 points de raccordement entre le système cryogénique et les aimants du LHC, avec une marge de tolérance d’assemblage de 0,2 % à 1 % dans trois dimensions

Ce système cryogénique aux dimensions exceptionnelles figure parmi les plus grands défis technologiques relevés par le Groupe à ce jour.