L'"usine Higgs" de 100 km de circonférence proposée par le CERN a un impact environnemental plus faible que les conceptions concurrentes, selon une étude

L'empreinte carbone d'une future usine Higgs pourrait varier de près d'un facteur 100, selon la conception choisie et son emplacement. Telle est la conclusion d'une analyse menée par des physiciens européens qui ont étudié les successeurs potentiels du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Les chercheurs concluent que le projet proposé Futur collisionneur circulaire (FCC), qui serait basé au CERN et relié au LHC, serait le plus respectueux de l'environnement car il consommerait moins d'énergie et produirait moins d'émissions de carbone par boson de Higgs produit que les modèles concurrents (arXiv: 2208.10466).

Suite à la découverte du boson de Higgs en 2012 au LHC, les physiciens des particules envisagent de construire un collisionneur de particules plus puissant. La future machine, connue sous le nom d'usine de Higgs, écraserait des électrons avec des positrons pour permettre une étude plus détaillée des propriétés du boson de Higgs et d'autres particules.

Il existe actuellement cinq propositions pour un collisionneur positron-électron à haute énergie, avec le Collisionneur linéaire international (ILC) au Japon, le Cool Copper Collider (C3) aux États-Unis et le Collisionneur linéaire compact au CERN tous basés sur des accélérateurs linéaires. La FCC et la Chine Électron Positron Collisionneur (CEPC) en Chine, quant à eux, sont des collisionneurs circulaires.

Il existe divers arguments autour des opportunités physiques des différentes conceptions de collisionneurs, mais le physicien des particules du CERN Patrick Janot et son collègue Alain Blondel soutiennent qu'en raison de la forte consommation d'énergie de tout futur collisionneur, l'impact environnemental significatif des conceptions devrait également être pris en compte.

"Nous proposons que les futurs projets de physique des hautes énergies incluent non seulement le coût et les performances du collisionneur, mais aussi son empreinte carbone par résultat de physique, et d'utiliser ces données dans la conception et le choix du "meilleur" collisionneur", Janot a dit Monde de la physique.

Dans leur analyse, le duo a découvert que le FCC était la conception la plus économe en énergie, consommant 3 MWh d'électricité pour chaque boson de Higgs qu'il produisait. Le deuxième meilleur était le CEPC à 4.1 MWh par boson de Higgs, tandis que la conception la plus énergivore est le C3 (18 MWh/boson de Higgs).

Les chercheurs se sont ensuite penchés sur l'intensité carbone de la production d'électricité dans les différents pays souhaitant accueillir un futur collisionneur à haute énergie. Le FCC a de nouveau été le meilleur, émettant 0.17 tonne de CO₂ équivalents (t CO₂ éq.) par boson de Higgs produit. L'ILC, quant à elle, produirait environ 50 fois plus de CO₂ équivalents (9.4 t CO₂ éq. par boson de Higgs). Les faibles émissions du FCC s'expliquent en partie par le fait qu'environ 80 % de l'énergie produite en France provient de centrales nucléaires, et donc majoritairement sans carbone.

L'équipe a constaté que l'empreinte carbone du FCC pourrait être encore améliorée si la conception augmentait le nombre de points d'interaction de deux à quatre. Dans ce scénario, chaque boson de Higgs produit consommerait 1.8 MWh d'énergie et émettrait 0.1 tonne de CO₂ équivalents.

Janot ajoute que l'analyse se concentre sur l'impact environnemental des résultats de la physique et la consommation d'énergie de l'exploitation de l'usine Higgs proposée. Il ajoute que cela fait partie d'une étude de faisabilité beaucoup plus large sur le FCC, qui couvrira entre autres, l'impact environnemental des différentes phases du projet. Cela comprendra, par exemple, la construction de tunnels et l'installation et l'exploitation des collisionneurs. Mais il souligne que "la consommation d'énergie pendant le fonctionnement est le plus grand contributeur à l'empreinte carbone d'un collisionneur à haute énergie".

D'autres facteurs

Le physicien ; Kumiko Kotera de l'Université de la Sorbonne à Paris, qui a réalisé une analyse de l'empreinte carbone potentielle du projet Giant Array for Neutrino Detection (GRAND), a déclaré Monde de la physique que la consommation d'énergie et les émissions de carbone par boson de Higgs est une comparaison raisonnable. Kotera a expliqué, cependant, que pour produire une analyse plus précise de l'empreinte carbone en plus de la consommation d'énergie du collisionneur, la consommation d'énergie liée à l'analyse et aux simulations de données, et à d'autres technologies numériques liées, telles que le stockage de données, doit également être prise en compte.

Kotera ajoute qu'une analyse complète doit également prendre en compte les voyages internationaux de ses membres, même si elle soupçonne que cela serait moins énergivore que les opérations de collisionneur et les technologies numériques.

Janot convient que davantage peut être fait, ajoutant que le CERN travaille sur les moyens de réduire son empreinte carbone. Il s’agit notamment de la valorisation énergétique, de la gestion de la consommation électrique pour maximiser l’utilisation de sources à faible émission de carbone ainsi que des moyens de développer des collaborations internationales minimisant les déplacements.