Selon une étude, le collisionneur Cool Copper est le plus respectueux de l'environnement parmi les conceptions d'usines Higgs – Physics World

Selon une étude, le collisionneur Cool Copper est le plus respectueux de l'environnement parmi les conceptions d'usines Higgs – Physics World

Horodatage: 15 novembre 2023, 10 h 09

Tunnel de faisceaux proposé pour le Cool Copper Collider
Fonctionnement à froid : une analyse révèle que le Cool Copper Collider, basé aux États-Unis, aurait, s'il était construit, l'empreinte carbone globale la plus faible par rapport aux conceptions d'usines rivales de Higgs. (Autorisation : Emilio Nanni/Laboratoire national des accélérateurs du SLAC)

Les modifications apportées au fonctionnement d'une usine de Higgs en projet pourraient améliorer considérablement son efficacité énergétique, mais la construction aura le plus grand impact sur l'empreinte carbone globale de l'installation. C'est la conclusion d'une analyse de l'impact environnemental potentiel du Cool Cuivre Collisionneur (C3) – un successeur proposé au CERN Grand collisionneur de hadrons (LHC).

Suite à la découverte du boson de Higgs en 2012, au LHC, les physiciens des particules envisagent de construire une usine dite de Higgs qui briserait les électrons avec des positons pour permettre une étude plus détaillée des propriétés du boson de Higgs et d'autres particules.

Il existe actuellement cinq propositions avec le Collisionneur linéaire international (ILC) au Japon, le C3 et le Centre basé au CERN Collisionneur linéaire compact (CLIC) tous basés sur des accélérateurs linéaires. Le Futur collisionneur circulaire (FCC-ee) au CERN et au Chine Électron Positron Collisionneur (CEPC) en Chine, quant à eux, sont des collisionneurs circulaires. C3 est une conception de collisionneur plus récente proposée par le Laboratoire national des accélérateurs du SLAC aux Etats-Unis.

Les chercheurs ont découvert qu’en général, les accélérateurs linéaires sont plus respectueux de l’environnement que les modèles circulaires. En effet, leur taille compacte simplifie la construction et réduit la quantité de matériau nécessaire. En effet, la longueur des tunnels des futurs accélérateurs circulaires approche les 100 km, tandis que les options linéaires mesurent environ 10 km.

Cette différence de longueur multipliée par 10 réduit considérablement l’utilisation de béton, dont l’empreinte carbone est importante, mais permet également des méthodes de construction plus simples. Dans l'ensemble, l'équipe affirme que la construction des principaux tunnels pour le FCC et le CEPC produirait environ 578 et 638 kilotonnes d'équivalents en dioxyde de carbone (CO).2e), respectivement, contre 73 et 144 kilotonnes de CO2e pour les tunnels principaux du CLIC et du C3, Respectivement.

Un nouveau débat

En ce qui concerne la consommation globale d'énergie de fonctionnement des collisionneurs proposés, le CEPC s'est avéré être le plus élevé, le CLIC étant le plus faible et les trois autres restant similaires. Cette analyse était basée sur des facteurs tels que la consommation d'énergie, les années de fonctionnement prévues et les collisions de particules par an. Les chercheurs estiment également que les installations dédiées aux énergies renouvelables, telles que les fermes solaires, pourraient réduire de moitié l’intensité carbone de l’électricité utilisée par tout futur collisionneur.

Pourtant physicien des particules du SLAC Catherine Vernieri et ses collègues soutiennent qu'il est également important que l'impact scientifique soit équilibré par rapport aux coûts et aux efforts environnementaux (PRX Énergie 2 047001). Même si CLIC aura l’empreinte carbone globale la plus faible, ils suggèrent que C3 serait le plus respectueux de l’environnement en termes de résultats physiques. En effet, il a une empreinte environnementale similaire à celle de CLIC mais permettrait de déterminer avec précision les propriétés des bosons de Higgs.

Nous devons penser non seulement en termes de coûts financiers, mais aussi en termes d'impact environnemental.

Catherine Vernieri

L’équipe a découvert que le moyen le plus simple de réduire l’impact carbone d’une future usine Higgs est de réduire sa consommation d’énergie. Leur analyse montre que des modifications apportées au fonctionnement des klystrons – responsables de la création des champs électromagnétiques qui entraînent les faisceaux – ainsi qu'à la structure du faisceau lui-même, comme la réduction de l'espacement des paquets, pourraient réduire la consommation d'énergie du C.3 faisceau, par exemple, d'environ 40 %.

Vernieri affirme qu'étant donné leurs coûts énormes et leur impact environnemental, l'étude de la durabilité des projets de physique est un domaine nouveau mais nécessaire. « Nous devons penser non seulement en termes de coûts financiers, mais aussi d’impact environnemental », dit-elle, ajoutant qu’il y a au moins désormais une « toute nouvelle discussion » qui examine l’empreinte carbone de la physique des particules.

Les chercheurs soulignent également qu'il convient de noter que le CERN envisage de réutiliser le tunnel du FCC une fois terminé son fonctionnement en tant qu'usine à Higgs, en tant que collisionneur de hadrons à haute énergie. Pourtant, cela ne constituerait pas nécessairement une victoire climatique nette, car cela nécessiterait de nouvelles infrastructures de lignes de lumière avec leurs propres coûts en carbone. L’équipe déclare qu’une analyse détaillée du cycle de vie serait nécessaire pour déterminer les avantages climatiques possibles de la réutilisation du tunnel FCC, ce qui dépasse la portée de cette étude.

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