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Accelerator Research and Innovation for European Science and Society

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Chérie, j’ai réduit l’accélérateur de particules: vers des collisionneurs plus petits et plus efficaces

Les accélérateurs de particules ne se contentent pas de briser des atomes. Pour exploiter durablement leur vaste potentiel, le projet ARIES, financé par l’UE, cherche à les rendre plus compacts et plus efficaces sur le plan énergétique.

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Le Grand collisionneur de hadrons de 27 km de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) a fait plusieurs découvertes depuis sa mise sous tension, notamment celle du boson de Higgs. Mais la technologie actuelle des accélérateurs ne permettra pas de réaliser de nouvelles avancées. «Des accélérateurs plus grands et plus puissants pourraient certainement être construits, mais leur coût, leur consommation d’énergie et leur impact sur l’environnement soulèvent des inquiétudes quant à leur durabilité à long terme», explique Maurizio Vretenar, coordinateur du projet ARIES financé par l’UE. «En outre, seuls 5 % de tous les accélérateurs du monde servent à analyser scientifiquement les particules. La majorité est utilisée par la médecine et l’industrie pour des activités telles que le traitement du cancer, l’imagerie médicale ou la stérilisation d’équipements et d’aliments.» ARIES s’est intéressé à différentes technologies innovantes qui pourraient déboucher sur des accélérateurs de nouvelle génération capables de répondre à la demande croissante d’amélioration des performances, de la fiabilité, du coût et de la conception. «Il s’agit d’une évolution très intéressante, car les accélérateurs qui délivrent de hautes énergies avec un faible encombrement physique pourraient ouvrir la voie à des recherches et à des applications qui ne sont actuellement possibles que dans des installations à grande échelle», fait remarquer Maurizio Vretenar.

Accélérer l’innovation

ARIES, un consortium de 42 membres issus du monde universitaire et de l’industrie provenant de 18 pays européens, s’est concentré sur les innovations les plus susceptibles de réduire les besoins énergétiques, la taille et l’impact environnemental des futurs accélérateurs. «Nous avons étudié toute une série de technologies, notamment les aimants supraconducteurs, les revêtements supraconducteurs, les nouveaux matériaux, l’accélération laser-plasma», ajoute Maurizio Vretenar, physicien spécialiste des accélérateurs au CERN, l’hôte du projet. Les recherches de l’équipe sur les aimants supraconducteurs à haute température ont permis de mettre au point des rubans multicouches sophistiqués qui ont été utilisés pour fabriquer des bobines pour les grands aimants. Il en résulte des champs magnétiques plus puissants, transportant plus de courant, capables de courber les particules sur un rayon plus petit, ce qui ouvre la voie au développement d’accélérateurs plus petits et plus efficaces. «Ce que nous avons réalisé est un record. Après avoir produit 413 mètres de ruban, nous en avons testé une partie à de faibles températures et avons atteint des densités de courant électrique record», explique Maurizio Vretenar. «La possibilité de fournir des énergies aussi élevées dans un dispositif compact ouvrirait des perspectives passionnantes.» Les résultats d’ARIES ont déjà permis d’établir une collaboration avec EuPRAXIA pour lancer la conception finale et le plan de construction du tout premier accélérateur de particules opérationnel basé sur l’accélération plasma, au Laboratoire national de Frascati près de Rome, en Italie. Le plasma sera modulé par un faisceau d’entraînement qui génère des champs électriques extrêmement élevés. À l’intérieur, les électrons peuvent être accélérés à des énergies élevées sur une distance plus de 1 000 fois inférieure à celle requise par les accélérateurs à radiofréquence conventionnels.

De nouveaux avantages pour l’environnement

L’équipe a également identifié, développé et testé de nouvelles applications pour les accélérateurs qui pourraient être bénéfiques pour l’environnement, comme l’assainissement des eaux usées municipales. L’équipe a mis au point un nouveau système basé sur un accélérateur pour éliminer le soufre, l’azote et les particules des gaz d’échappement des moteurs diesel des navires. Le trafic maritime étant l’un des principaux facteurs de pollution dans le monde, le système pourrait être installé sur d’anciens porte-conteneurs et pétroliers. «Je n’oublierai jamais l’expression d’un capitaine au chantier naval de Riga lorsque nous avons connecté la cheminée de son navire à notre accélérateur de particules. Il était fier que son vieux remorqueur rouillé fasse partie d’une expérience de haute technologie», note Maurizio Vretenar. ARIES a déjà contribué à mettre en lumière de nouvelles technologies, telles que l’initiative EuPRAXIA basée sur le plasma, pour le Forum stratégique européen pour les infrastructures de recherche, qui comprend plusieurs projets basés sur des accélérateurs. L’équipe a également lancé un nouveau projet financé par l’UE, I.FAST afin d’accélérer le transfert des technologies des accélérateurs vers l’industrie.

Mots‑clés

ARIES, particule, accélérateur, électron, plasma, aimant, champ électrique, CERN, atomes, énergie

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