CERN Accélérateur de science

L’étude sur un Futur collisionneur circulaire (étude FCC) a pour but la conception de collisionneurs de particules haute performance qui pourraient succéder au LHC après la fin de son exploitation à haute luminosité.

L'étude de faisabilité du FCC, dont le rapport a été remis le 31 mars 2025, a examiné la viabilité technique et financière du FCC au CERN. L'étude s’est penchée sur les conditions géologiques et environnementales, ainsi que sur les concepts techniquement réalisables pour les infrastructures, le génie civil et les détecteurs. Elle a également mis en évidence les besoins en R&D concernant l'efficacité et la durabilité des accélérateurs proposés.

On prévoit un nouveau tunnel circulaire souterrain d'une circonférence de 90,7 km et des puits d'accès d’une profondeur de 180 à 400 m, avec huit sites en surface et quatre expériences. Le tunnel abriterait initialement le FCC-ee, un collisionneur électron-positon permettant des mesures de précision dans le cadre d’un programme de recherche mené sur une période 15 ans à compter de la fin de la décennie 2040. Une deuxième machine, le FCC-hh, serait alors installée dans le même tunnel, réutilisant ainsi l'infrastructure existante, comme lorsque le LHC a remplacé le LEP. Le FCC-hh vise à atteindre des énergies de collision de 100 TeV, en faisant entrer en collision des protons et également des ions lourds ; il pourrait être en service jusqu'à la fin du XXI^e siècle. 

Calendrier indicatif :

• 2025 : publication du rapport de l’étude de faisabilité du FCC
• 2027–2028 : décision des États membres du CERN et des partenaires internationaux
• Début de la décennie 2030 : début de la construction
• Fin de la décennie 2040 : le FCC-ee entre en service pour une durée d'environ 15 ans
• Décennie 2070 : le FCC-hh entre en service pour une durée d'environ 25 ans

Rappel historique : la proposition scientifique du LHC a été présentée en 1984 ; il a fallu 10 ans pour que le projet soit approuvé, et 25 ans pour que les aimants soient développés et installés.

Justification scientifique

La découverte du boson de Higgs a conduit à de nouvelles questions : quel rôle le champ de Higgs a-t-il joué dans l'évolution de l'Univers ? Le boson de Higgs peut-il apporter des réponses sur certains points que le Modèle standard ne sait pas expliquer, comme la matière noire et l'excédent de matière par rapport à l'antimatière ? La réponse à ces questions peut se trouver dans une grande diversité de scénarios de physique au-delà du Modèle standard. Certains scénarios supposent l'existence de nouvelles particules plus lourdes, hors d'atteinte du LHC, accessibles par des installations atteignant des énergies plus élevées. D'autres supposent l'existence de particules plus légères interagissant très faiblement avec les particules du Modèle standard, et dont la détection suppose d'énormes quantités de données, et une grande sensibilité des détecteurs pour des signaux difficiles à percevoir. Grâce aux avancées considérables en matière de sensibilité et de précision qu'apporterait le FCC-ee, et, ultérieurement, à l'énergie largement supérieure à celle du LHC qu'atteindrait le FCC-hh, le programme FCC donnerait aux physiciens la possibilité d'explorer complètement ce panorama.

Le CERN explore différents scénarios pour de futurs collisionneurs, circulaires ou linéaires. Étant donné la légèreté du boson de Higgs et l'absence à ce jour de découverte d'autres nouvelles particules élémentaires au LHC, les collisionneurs circulaires e+e- sont des options séduisantes par rapport aux machines linéaires, car ils offriraient une luminosité notablement supérieure et pourraient accueillir jusqu'à quatre expériences, tout en constituant une infrastructure pour un collisionneur d'hadrons ultérieur.

Pour en savoir plus : voir « FCC: The Physics Case » (en anglais) dans la revue CERN Courier.

Génie civil

L’environnement est un axe particulier des études de génie civil relatives au FCC. Les activités de construction de l'accélérateur produiraient environ 16,4 millions de tonnes de matériaux d'excavation sur une période de neuf ans.

L'étude de faisabilité du FCC a réalisé une analyse du cycle de vie pour la phase de construction afin de développer des approches permettant de minimiser les effets de la construction sur le climat.

Le concours « Mining the Future » a été l'occasion de mettre au point des techniques crédibles et innovantes de réutilisation d’une partie des matériaux d'excavation : utilisation du calcaire pour la production de béton et la stabilisation des constructions dans le cadre du projet, réutilisation des matériaux d'excavation comme remblais pour des carrières et des mines, et transformation en sol fertile pour des projets de réensauvagement.

Un projet de « laboratoire à ciel ouvert » appelé OpenSkyLab a été lancé sur un terrain de 10 000 m² au CERN afin de mettre au point des procédés de qualité pour la transformation de la molasse en sol fertile.

Eau

Une nouvelle évaluation a montré que les besoins en eau maximum pendant l'exploitation du FCC-ee à l'énergie de collision la plus élevée (350 GeV) peuvent être limités à moins de 3 millions de m³ par an, soit environ les besoins en eau actuels du LHC. Au cours des dix premières années du programme de recherche, la consommation d'eau est bien inférieure à cette valeur, de l'ordre de 1 million de m³ par an.