Aimants du LHC : la grande descente

Descente du premier aimant supraconducteur

Le premier aimant supraconducteur du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a été descendu dans le tunnel de l'accélérateur, ce lundi 7 mars à 14h00. C'est le premier des 1232 aimants dipôles qui composeront le futur collisionneur de 27 kilomètres de circonférence, et dont la mise en service est prévue en 2007. Ce jour constitue une date clé pour le CERN1 : l'acheminement à son emplacement définitif de cet aimant dipôle de 15 mètres de long et de 35 tonnes marque le point de départ de l'installation du LHC.

Le LHC sera en effet constitué majoritairement d'aimants supraconducteurs dipôles, qui sont les composants les plus complexes de la machine. Leur bobinage supraconducteur leur permet de transporter des courants de très hautes intensités, sans pertes. Ils peuvent, par conséquent, générer des champs magnétiques très élevés afin d'incurver la trajectoire des protons lancés à une vitesse proche de celle de la lumière. Le LHC sera ainsi l'accélérateur le plus puissant au monde. Les collisions entre les protons atteindront des énergies de 14 téraélectronvolts (TeV), 70 fois plus élevées que dans l'ancien collisionneur LEP pour lequel le tunnel de 27 kilomètres avait été creusé. Pour parvenir à l'état supraconducteur, les aimants doivent être refroidis à une température de -271°C, proche du zéro absolu. S'il avait été construit avec des aimants conventionnels, le LHC aurait dû mesurer 120 kilomètres de long pour atteindre les mêmes énergies et sa consommation électrique aurait été incommensurable.

 

Les aimants supraconducteurs sont descendus à 50 mètres sous terre via un puits de section ovale creusé à cet effet. Les aimants sont ensuite acheminés par un tunnel de transfert jusqu'au tunnel du LHC, dont la profondeur varie de 50 à 150 mètres. Des véhicules roulant à 3 km/h ont été spécialement développés pour pouvoir transporter et déposer les aimants à leur emplacement. L'étroitesse du tunnel rend ces opérations de manutention ardues : il sera par exemple impossible pour deux convois de se croiser.

 

Outre les aimants dipôles, le LHC sera doté de centaines d'autres aimants, plus petits. Plus de 1800 ensembles magnétiques devront ainsi être installés. Les aimants positionnés seront ensuite raccordés au système de cryogénie pour constituer une grande chaîne dans laquelle circulera l'hélium superfluide, maintenant l'accélérateur à une température proche du zéro absolu.

La descente de ce premier aimant coïncide avec une autre date importante pour le CERN : la livraison de la moitié des aimants supraconducteurs dipôles. A ce jour, 616 aimants ont été livrés, et la même quantité est attendue d'ici l'automne 2006. La fabrication de ces aimants supraconducteurs constitue un véritable défi technique et industriel, à la fois pour le CERN et pour l'industrie européenne. 7000 kilomètres de câble supraconducteur en nobium-titane ont dû être produits pour construire ces aimants. Une centaine d'entreprises en Europe fournit les composants de ces aimants et trois compagnies en assurent l'assemblage : Babcock Noell Nuclear en Allemagne, Alstom en France, et Ansaldo en Italie. La plus grande difficulté a été de passer de la phase des prototypes et des préséries à celle de la production en grande série, sachant que bien des technologies mises en oeuvre étaient inédites. Le pari est gagné puisque les trois sites industriels parviennent à fabriquer de neuf à dix aimants par semaine.

Note(s)

1 Le CERN, Laboratoire européen pour la physique des Particules, a son siège à Genève. Ses Etats membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, France, Finlande, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. L'Inde, Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les Etats-Unis d'Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l'UNESCO ont le statut d'observateur.

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