Le CERN a publié lundi le rapport de faisabilité de son projet d’accélérateur de particules géant. Technique, le document reste très discret sur la facture et les moyens de l’acquitter.
Trois volumes, plus de mille deux cents pages, et pas le moindre résumé… Le rapport de faisabilité technique du Futur collisionneur circulaire (FCC), un anneau de 91 kilomètres de long qui serait enfoui à 200 mètres sous la frontière franco-suisse, est un défi pour les médias. Distribué par e-mail dans la soirée du 31 mars, à l’issue de cinq ans de travaux, il ne laissait qu’une vingtaine d’heures pour sa lecture — en diagonale — avant la conférence de presse organisée, en ligne, le lendemain à 14 h 30. Les quelque 1500 auteurs engagés dans la rédaction de ce document se sont efforcés de le parer d’un beau vernis scientifique, en détaillant les espoirs portés par cette machine qui pourrait entrer en service vers 2047-2048.
«Elle pourrait devenir l’instrument le plus extraordinaire construit par l’humanité pour étudier les constituants de la matière et les lois fondamentales de la physique, s’est enflammée Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, lors de la conférence de presse. Il s’agit d’abord d’étudier le boson de Higgs dans tous ses détails; c’est une particule très énigmatique, liée à certaines des questions les plus fondamentales. On ne peut l'étudier qu’avec un collisionneur.»
Découverte en 2012 avec le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, cette particule n’a pas livré tous ses secrets. Depuis, de nombreux projets «d’usines à Higgs» ont été suggérés, au CERN mais aussi au Japon et en Chine, dans l’idée de déterminer ses caractéristiques avec une extrême précision. Avec in fine l’espoir de dénicher un écart aux prévisions de la théorie. Car les physiciens savent que le modèle standard qui décrit la physique est incomplet, mais aucune piste ne s’est encore dessinée pour dire dans quelle direction chercher.
Une plongée vers l’inconnu
«Le FCC pourrait aussi repousser les frontières en termes d’énergie pour chercher des signes de l’existence d’une nouvelle physique et progresser sur notre connaissance de la structure et de l’évolution de l’univers», confirme Fabiola Gianotti.
La construction du FCC démarrerait en 2041-2042 après l’arrêt du LHC, lequel est en cours de rénovation pour lui conférer la haute luminosité qui multipliera sa production de Higgs. Dans un premier temps, le nouvel instrument serait équipé pour produire des collisions d’électrons et de leur antiparticule (FCC-ee) pendant une quinzaine d’années, pour un coût de construction estimé à 16 milliards de francs.
Les équipements du tunnel seraient ensuite remplacés par ceux du FCC-hh, un accélérateur de protons (et antiprotons), dont les collisions requièrent beaucoup plus d’énergie. Au LHC, les collisions de protons libèrent une énergie de 14 TeV*, quand le FCC-hh est conçu pour libérer 85 TeV avec les technologies actuelles — voire 100 à 120 TeV si de nouvelles technologies d’aimants supraconducteurs sont disponibles quand viendra l’heure de les installer. La mise en service du FCC-hh n’est pas prévue avant 2073!
Le rapport de faisabilité met un fort accent sur l’impact environnemental du FCC; sur sa consommation d’énergie (qui ne devrait pas dépasser celle de l’actuelle LHC), mais aussi sur les besoins en eau industrielle, les 16 millions de mètres cubes de matériaux excavés, l’emprise des huit sites qui seront construits en surface (et rogneront en partie sur des terres agricoles) et la biodiversité.
Les auteurs ont également pris soin de recenser les retombées économiques, par exemple la création de milliers d’emplois, la production de ciment avec les matériaux excavés, la réutilisation de chaleur produite dans la machine pour le chauffage urbain ou les rentrées touristiques (estimées à 2,1 milliards de francs sur 15 ans).
Un budget encore flou
En revanche, le financement est à peine évoqué. «Notre modèle est encore en cours de développement mais je peux vous assurer que nous disposons de données très précises, justifie Fabiola Gianotti. Comme la partie technique, le volet financier sera soumis à un comité d’experts indépendants.»
Le CERN reconnaît que son budget annuel ne couvrira pas la totalité des coûts de construction du FCC-ee. Faudra-t-il augmenter la contribution des États membres, ce que l’Allemagne a refusé l’an dernier? «Nous sommes dans une phase de négociations et je ne souhaite pas donner de chiffres», indique la physicienne.
De même, si Joe Biden avait réaffirmé son soutien au CERN, l’arrivée de Donald Trump à la Maison-Blanche va-t-elle changer la donne? «Nous avons des contacts avec la NSF [l’agence scientifique du gouvernement américain, ndlr] et du département de l’énergie, répond Costas Foudas, qui préside le Conseil du CERN. Pour l’instant ils nous disent qu’ils ne sont pas dans les radars de l’administration Trump. Je dirais que pour le moment tout va bien.»
Contesté par des riverains et des ONG en Suisse et en France, notamment pour son emprise sur des terres agricoles ou des havres de biodiversité, le FCC ne fait pas non plus que des heureux dans la communauté scientifique. Le magazine Nature s’est récemment fait l’écho de nombreuses critiques, émanant parfois de physiciens des particules. Certains dénoncent un forcing de la direction du CERN et réclament la construction d’une machine linéaire dont le coût serait largement inférieur; un accélérateur dont on pourrait allonger le tunnel au fil des besoins pour étaler la facture.
Le CERN dispose aussi d’un tel projet dans ses cartons, le CLIC, mais il a décidé de pousser le FCC. Notamment parce que ce dernier accueillera quatre expériences, là où un accélérateur linéaire ne peut en abriter qu’une, en bout de ligne. De même, un accélérateur linéaire ne permet pas d’atteindre les énergies qu’offrirait le FCC-hh. Mais si le projet devait être abandonné en l’état, le CLIC pourrait rapidement prendre le relais.
Tous les regards tournés vers Pékin
Reste une épée de Damoclès: la Chine envisage de construire un collisionneur circulaire de dimensions similaires au FCC. Si le projet n’est pas aussi avancé, il pourrait être inscrit dès cette année dans le prochain plan quinquennal de Pékin. Or, on sait à quelle vitesse la Chine avance lorsqu’elle se lance dans un projet scientifique. De plus, les travaux pourraient démarrer dans quelques années, alors que les Européens doivent attendre la fin des expériences du LHC à haute luminosité, en 2041, pour creuser leur tunnel.
Qu’adviendra-t-il du FCC si Pékin donne le feu vert au projet de ses physiciens? «C’est vrai que la Chine n’a pas de contrainte de calendrier, mais nous avons acquis une grande expérience dans la construction des collisionneurs, les infrastructures et les compétences humaines», répond Fabiola Gianetto.
De son côté, Costas Foudas rappelle que quand les Etats-Unis ont décidé de construire leur accélérateur géant (SSC, un anneau de 87 km), «nous n’avons pas abandonné le projet LHC, nous avons opté pour la compétition». Et c’est tant mieux pour la science, puisque le Congrès américain a fini par jeter l’éponge 1993 après que 22 kilomètres ont été forés… «Je ne sais pas ce que décidera le CERN si la Chine lance son projet, mais j’espère qu’il optera pour la compétition. Il ne suffit pas d’avoir de l’argent et de creuser vite, il faut aussi une communauté scientifique derrière un tel projet. Mais le risque serait bien sûr une fuite des cerveaux de l’Europe vers la Chine.»
* L’électronvolt est l’énergie acquise par un électron accéléré dans un potentiel électrique d’un Volt. Le TeV correspond à l’énergie cinétique d’un moustique volant à 1,4 km/h