- Le Futur Collisionneur Circulaire (FCC) est l’approche qui a été jugée la plus efficace en termes de recherche pour étudier de manière approfondie la plus grande variété de sujets prometteurs en physique des particules.
- Ce choix fait suite à un rapport de conception conceptuelle du FCC qui avait a été soumis, en 2020, en contribution à la mise à jour de la Stratégie européenne pour la physique des particules. Suite à l’adoption de cette mise à jour par le Conseil du CERN en 2020, le CERN a été mandaté pour réaliser une étude de faisabilité technique et financière du FCC, afin d’être prêt pour qu’elle soit présentée lors de la prochaine mise à jour de la Stratégie, prévue pour 2027.
- En effet, peu de temps après la découverte par le LHC du boson de Higgs, la dernière particule non détectée prédite par le Modèle Standard qui décrit toutes les forces fondamentales connues à l’exception de la gravitation, une nouvelle stratégie a été définie pour la physique des particules en Europe. Le LHC est la seule installation au monde capable de fonctionner dans sa gamme d’énergie, et depuis la dernière mise à jour, il a été amélioré pour atteindre son énergie de conception maximale. En 2025, il devrait subir une autre mise à niveau qui augmentera considérablement le nombre de collisions qu’il peut produire. Pour s’appuyer sur ces réalisations, la nouvelle stratégie recommande la poursuite successive de deux types d’installations. La première étape du FCC serait un collisionneur électron-positron qui servirait d'”usine à Higgs”, une installation spécialement conçue pour étudier les bosons de Higgs. Cette installation serait ensuite convertie en un collisionneur proton-proton pouvant atteindre des énergies de collision allant jusqu’à 100 teraélectronvolts. Décrit par la Stratégie comme une “ambition” de la communauté européenne de physique des particules, un collisionneur proton-proton de cette envergure permettrait une recherche largement étendue de phénomènes à haute énergie non pris en compte dans le Modèle Standard.
FAQs
Qu’étudie le CERN ?
- Le CERN étudie les particules fondamentales qui composent la matière visible de l’Univers et les forces qui agissent entre elles.
- La matière visible de l’Univers est composée d’un nombre restreint de particules, dont le comportement est régi par quatre forces distinctes ; la matière visible ne représente qu’environ 5 % de la matière et de l’énergie totales de l’Univers. Les 95 % invisibles ne sont pas encore connus. De nombreuses questions restent sans réponse. Par exemple, quelle est la nature de la matière noire qui forme une grande partie de l’Univers ? Ou bien, pourquoi y a-t-il bien plus de matière que d’antimatière dans l’Univers, alors que matière et antimatière ont été produites en quantité égale au début de l’Univers ? Et bien d’autres choses encore…
- La découverte, au CERN, du boson de Higgs il y a une décennie a ouvert le champ des recherches ; les physiciens doivent étudier cette particule en détail afin de pouvoir mesurer ses propriétés.
Quelles sont les étapes envisagées ?
2025 : remise de l’étude de faisabilité actuellement en cours
2026 : révision de la Stratégie européenne de la physique des particules.
Si la communauté scientifique voit sa priorité dans une nouvelle infrastructure de recherche basée sur l’étude FCC, elle sera incluse dans la prochaine mise à jour de la stratégie européenne pour la physique des particules (2026-2028). Dans ce cas, le Conseil du CERN pourra décider de passer à une étude de conception plus détaillée et une phase préparatoire d’un projet de construction.
2026 – 2032 : phase préparatoire
- Études complémentaires et plus approfondies commandées par les États membres du CERN
- Définition des conditions et procédures d’implantation par la France et la Suisse en collaboration avec le CERN
- Décision des États membres du CERN, dont la France et la Suisse, réunis au sein du Conseil du CERN, concernant la réalisation du projet
2033 à 2040 : phase de travaux de génie civil
Après 2038 : phase d’installation du FCC-ee
Après 2045 : mise en service et exploitation du collisionneur FCC-ee (première phase FCC)
Après 2060 : remplacement du premier collisionneur FCC-ee par le second collisionneur FCC-hh
De 2070 à la fin du XXIe siècle : mise en service et exploitation du collisionneur FCC-hh (seconde phase FCC)
Qu’est-ce qu’un collisionneur de particules ?
Un accélérateur de particules propulse des particules chargées (électrons, protons, ions, etc.) à des vitesses très élevées, proches de la vitesse de la lumière grâce à des champs électromagnétiques. Ces particules sont ensuite dirigées vers une cible ou entrent en collision avec d’autres particules circulant en sens inverse. En analysant les résultats de ces collisions, les physiciens peuvent étudier la structure de la matière, les forces fondamentales de l’univers et les particules élémentaires.
Un seul collisionneur est actuellement en service au CERN depuis 2010, le LHC ; installé dans un tunnel souterrain de 27 km de circonférence, il est à ce jour le plus grand et plus puissant collisionneur de particules du monde.
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Quels sont les engagements du CERN pour l’environnement ?
- Le CERN se veut un modèle de laboratoire scientifique respectueux de l’environnement (transparence, responsabilité, durabilité). Toutes les actions en lien avec le FCC suivront ces mêmes engagements. Celles menées dans la zone locale respecteront les règles environnementales applicables en France et en Suisse (faune, flore, qualité du sol arable, qualité de l’air, ressources en eau, biodiversité, bruit, poussières, pollution lumineuse notamment), mais aussi les infrastructures existantes ou programmées par les territoires.
- Application systématique du principe « éviter-réduire-compenser » (ERC).
Quelles seraient les missions précises du FCC ?
- Étudier en détail le boson de Higgs et ses interactions avec les autres particules fondamentales connues. Le FCC-ee ne serait pas seulement une excellente usine à Higgs : il serait également une usine à interactions électrofaibles et une usine à saveur. Le FCC-ee veut être un instrument de précision polyvalent qui permettrait de continuer à explorer la nature sous tous ses aspects à l’échelle de l’infiniment petit. Il est optimisé pour étudier avec une grande précision les interactions électrofaibles et fortes lors de la production et de la désintégration des quatre particules les plus lourdes du Modèle standard (boson Z, boson W, boson de Higgs et quark top)
- Rechercher les moindres écarts avec les prédictions du Modèle standard.
- Rechercher l’existence d’une nouvelle physique à des échelles d’énergie sans précédent.
- Explorer des phénomènes rares.
Que prévoit le CERN concernant les matériaux d’excavation du FCC ?
Le CERN développe actuellement des programmes de recherche afin de réutiliser les matériaux excavés lors du creusement du tunnel. L’objectif est de valoriser au maximum, et de préférence localement, les matériaux qui seraient extraits du sous-sol.
Une stratégie pour la gestion des matériaux est en train d’être développée avec des acteurs des États hôtes (France et Suisse), des universités et des entreprises compétentes en la matière.
Les matériaux excavés peuvent être en grande partie (estimée à 85%) réutilisés. Le but est de réutiliser les matériaux localement autant que possible afin de limiter les nuisances et le stockage des matériaux. Ceux qui seraient caractérisés par des anomalies géogéniques (estimés à environ 15% des matériaux excavés) seront traités localement sur les sites d’extraction. Les autres matériaux qui ne pourraient pas être utilisés seront transportés en centres de traitement et dépôt spécialisés (appellés ISDND en France).
Parmi les 85 % de matériaux valorisables, 10 à 20 % peuvent être utilisés pour la production du ciment et du béton. Aujourd’hui environ 40 % sont envisagés pour les remblais des carrières. Environ 30 % sont envisagés pour des applications dans l‘agriculture, sylviculture et aménagement des terres et des friches. Ce pourcentage peut être augmenté selon les résultats du projet de démonstration dans les 5 ans à venir. Environ 10 % seraient prévus pour d’autres filières de valorisation (matériaux de construction, aménagement des friches, des chemins ruraux, création des tranchés couverts). Ce scénario est une hypothèse de travail qui sera précisée en fonction des investigations en sous-sol et des résultats des différents essais et développement techniques.
Cette optique est conforme au plan d’action de l’Union européenne pour l’économie circulaire et répond aux bonnes pratiques adoptées par les deux États hôtes du CERN (la France et la Suisse).
La quantité totale des matériaux qui seraient excavés pour le FCC est estimée à 6,3 millions de m3 en volume ou environ 16 millions de tonnes pour les sept années de la durée du chantier. Cette quantité est très inférieure à celle des autres grands projets de tunnels : 37 millions de tonnes pour le Lyon-Turin, 28,2 millions pour Saint-Gothard, 43 millions pour le Grand Paris express, 130 millions pour le High Speed 2, ou encore 40 millions pour Stuttgart 21.
Les matériaux excavés à gérer par année pendant la phase chantier du FCC correspondraient à moins de 2 % des matériaux qui sont extraits en France chaque année, à 17 % de ceux de la région Auvergne-Rhône-Alpes ou à 10 % de ceux de Suisse romande.
À quoi ressemblerait cet ouvrage ?
- Deux collisionneurs de particules (FCC-ee puis FCC-hh) seraient installés successivement dans un tunnel souterrain en forme d’anneau de 91 km de circonférence, situé en sous sol profond avec des puits en moyenne à 200 m de profondeur (entre 50 m et 500 m). Le FCC serait plus profond que l’actuel LHC, et trois fois plus long.
- Ces collisionneurs pourraient être reliés au complexe d’accélérateurs du CERN dont certains pourraient servir d’injecteurs de faisceaux.
- Ci-dessous la carte du tracé qui traverse les territoires de l’Ain, de la Haute-Savoie, du Canton de Genève et passe sous le lac Léman.
- Il y aurait 8 points d’accès (PA31 sur la carte) : 1 en Suisse et 7 en France.
- Les superficies des points d’accès (appelés sites de surface) varieraient selon leurs vocations entre 4 ha et 6 ha.
Une fois construit, le FCC serait-il visible ?
• Le tunnel serait souterrain, donc invisible en surface.
• Seuls les 8 sites de surface, repartis le long de la circonférence du tunnel, seraient visibles. Les 4 sites de surface expérimentaux seraient installés sur un terrain d’une surface de 8 hectares maximum, les terrains entourant les 4 sites techniques seraient limités à 5 hectares maximum, intégration paysagère incluse.
À quelle date le FCC serait-il mis en service ?
Le premier collisionneur FCC-ee (première phase FCC) serait mis en service vers 2045 pour une exploitation d’une quinzaine d’années.
Le second collisionneur FCC-hh, installé dans le même tunnel (seconde phase FCC) prendrait le relais vers 2070 pour une exploitation allant jusqu’à la fin du XXI siècle.