Le Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN), mondialement reconnu pour ses avancées dans la compréhension de l'univers à travers des expériences comme celles menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC), se positionne de plus en plus comme un acteur clé dans la transition énergétique. Au-delà de ses missions scientifiques fondamentales, l'organisation explore activement des voies innovantes pour réduire son empreinte environnementale, notamment par la valorisation de la chaleur résiduelle générée par ses installations. Un exemple frappant de cette démarche est le projet de récupération de chaleur du LHC pour chauffer la ville voisine de Ferney-Voltaire en France, illustrant une synergie inédite entre la recherche de pointe et les besoins énergétiques locaux.
Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), avec sa circonférence de 27 km et ses huit points de surface, est une machine d'une complexité technologique extraordinaire. Les installations qui y sont situées, notamment le système cryogénique, nécessitent un refroidissement constant à l'eau. Ce processus, essentiel au bon fonctionnement des expériences, génère une quantité significative d'eau chaude. Habituellement, cette eau chaude serait dirigée vers des tours de refroidissement pour libérer la chaleur dans l'atmosphère, avant d'être réinjectée dans les circuits. Cependant, le CERN a développé une approche novatrice pour transformer cette "chaleur fatale" en une ressource précieuse.
Depuis la mi-janvier 2026, la chaleur récupérée des systèmes de refroidissement du LHC alimente un réseau de chauffage pour une nouvelle zone résidentielle et commerciale située dans la ville voisine de Ferney-Voltaire, en France. Inauguré le 12 décembre 2025, ce réseau, qualifié de "réseau de 5e génération", récupère la chaleur résiduelle dégagée par les dispositifs de rafraîchissement et de refroidissement de l'accélérateur de particules du CERN, évacuée à une température d'environ 26°C. Cette énergie est ensuite réintégrée dans le réseau de chauffage de la zone d'aménagement concerté (ZAC) de Ferney-Voltaire, où elle est réchauffée à 65°C. Ce système, dit "anergie", repose sur un principe d'équilibre des échanges thermiques entre bâtiments, différent des réseaux de chauffage traditionnels à haute température.
Le CERN, en tant que l'une des sources de ce nouveau réseau, fournit un apport de chaleur chaque fois que cela est possible, sans impacter ses activités scientifiques. Actuellement, la ville de Ferney-Voltaire exploite une capacité maximale de 5 MW d'énergie provenant du CERN, permettant de répondre aux besoins en chauffage de plusieurs milliers de foyers. Avec l'ajout de deux échangeurs de chaleur, cette capacité pourrait théoriquement être doublée, notamment lorsque les accélérateurs du CERN fonctionneront à pleine puissance. Le réseau du CERN, d'une puissance de 24 MW, devrait desservir la ZAC à hauteur de 20 GWh par an, contribuant à supprimer annuellement l'équivalent de 5 000 tonnes d'émissions de CO2. Lorsque l'accélérateur du CERN sera en fonctionnement, le taux d'énergie renouvelable du réseau atteindra 65%, les 35% restants étant fournis par une centrale à gaz. Lorsque l'accélérateur sera à l'arrêt, le taux d'énergie renouvelable sera réduit à 12%, provenant d'une boucle d'autoconsommation photovoltaïque.
Ce projet ambitieux, qui s'étend sur cinq kilomètres du puits n°8 du CERN jusqu'à la douane de Ferney-Voltaire, est le fruit d'une coopération transfrontalière entre la France et la Suisse. La mise en place de cette infrastructure a nécessité la création d'une Société mixte à opération unique (Semop), associant l'énergéticien Dalkia et la Banque des Territoires. Ce programme énergétique novateur démontre la capacité du CERN à devenir un acteur de la transition énergétique, en allant au-delà de son rôle académique.
Parallèlement à ses initiatives de récupération d'énergie, le CERN s'engage activement dans la réduction de son empreinte environnementale liée à la mobilité de son personnel. Les émissions liées aux trajets domicile-travail s'élevaient à 5 443 teqCO2 en 2021 et 5 507 teqCO2 en 2022. Pour contrer cette tendance, le CERN s'est fixé pour objectif de maintenir constant le nombre de trajets domicile-travail effectués par véhicule motorisé individuel d'ici 2025 et d'encourager les modes de transport alternatifs.
Une étude menée fin 2022 sur les habitudes de mobilité du personnel a révélé que 61% des membres du personnel utilisent un véhicule motorisé individuel pour leurs trajets domicile-travail, soit une diminution de 7% par rapport à 2018. Pour les 70% du personnel venant de France, cette dépendance au véhicule individuel est en partie due à une offre de transports publics jugée inadaptée. En revanche, la part des trajets effectués à pied ou à vélo a augmenté, représentant désormais 24% des trajets domicile-travail, contre 17% en 2018.
Pour soutenir cette transition vers une mobilité plus douce, le CERN met à disposition de son personnel une flotte de 550 vélos, la plus grande de ce type en Suisse. Il exploite également une flotte de voitures de location et un service de navettes pour la mobilité inter et intra-sites. En 2021 et 2022, des projets-pilotes de location de vélos et scooters électriques ont été lancés et, compte tenu de leur succès, ont été étendus à l'ensemble du CERN. L'approche générale du CERN en matière de stationnement consiste à réduire plutôt qu'à augmenter le nombre de places disponibles. Par exemple, la construction du Portail de la Science s'est faite sur un ancien parking, réduisant le nombre de places de 400 à 240. Les itinéraires des navettes sur le domaine ont été optimisés, et des stations de recharge pour voitures électriques sont en cours d'installation. Il est également prévu d'introduire progressivement des véhicules électriques dans la flotte du CERN, qui compte actuellement environ 700 véhicules.
L'engagement du CERN en faveur de la recherche respectueuse de l'environnement se reflète également dans ses avancées technologiques, notamment dans le domaine des échangeurs thermiques cryogéniques. Dans le cadre de la mise à niveau du LHC vers le High-Luminosity LHC (HL-LHC), une augmentation de l'intensité du champ magnétique autour des zones de collision est prévue, nécessitant de nouveaux aimants supraconducteurs refroidis dans un bain d'hélium superfluide. L'évacuation du flux d'énergie généré par ces aimants requiert des échangeurs thermiques performants et compacts.
Les chercheurs de l'Irig (Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers) ont relevé ce défi en concevant et réalisant de nouveaux échangeurs thermiques cryogéniques à 1,8 K (proche du zéro absolu). Ces échangeurs sont conçus pour être insérés dans l'espace contraint du LHC, avec des dimensions inférieures à 0,5 mètre. Le banc de test unique de l'Irig, capable d'extraire jusqu'à 400 W thermiques à 1,8 K, a permis de caractériser les performances d'un prototype d'échangeur pour les aimants D2, demandés par le CERN. Les résultats obtenus ont démontré une capacité d'extraction de 70 W thermiques, dépassant les prédictions et les exigences du CERN, avec une marge d'élévation en température proche de deux fois celle correspondant aux spécifications. Ces résultats représentent une première mondiale, combinant un design intégré et une modélisation prenant en compte les interfaces mécaniques et la loi de chaleur spécifique de l'hélium superfluide. Ces échangeurs de série peuvent maintenant être livrés au CERN et intégrés dans les aimants D2 pour leur installation finale dans le LHC.
Ces avancées technologiques dans le domaine de la cryogénie, bien que développées pour les besoins de la physique des particules, ont des implications potentielles pour d'autres secteurs, tels que les réacteurs à fusion ou les fermes d'ordinateurs quantiques. De plus, le CERN collabore avec EUROfusion sur le développement de câbles supraconducteurs à haute température critique (HTS), initialement conçus pour des concepts innovants de réacteurs à fusion nucléaire. Ces synergies entre la recherche en physique des hautes énergies et les technologies de pointe pour la fusion nucléaire illustrent la capacité du CERN à générer des innovations technologiques aux applications multiples.
L'histoire de la collaboration scientifique internationale au CERN est riche et diversifiée, incluant la participation de chercheurs de nombreux pays. Israël, bien que n'étant pas un État membre à part entière, entretient une relation de longue date et fructueuse avec le CERN. Dès les années 1950, des physiciens israéliens ont activement participé à la recherche au CERN, d'abord à titre individuel ou en petits groupes indépendants, puis, depuis 1992, avec un statut national officiel.
Au départ, la contribution israélienne s'est concentrée sur l'étude du rayonnement cosmique et l'exploitation de clichés de chambres à bulles. Des groupes de physiciens de l'Institut Weizmann, de l'Université de Tel-Aviv et du Technion ont collaboré entre eux et avec des équipes internationales. Face aux révolutions technologiques dans la détection électronique, ces groupes se sont reconvertis aux techniques plus modernes, notamment auprès du centre DESY à Hambourg. La participation nationale israélienne au CERN a été particulièrement marquée par l'enthousiasme et l'acharnement de Giora Mikenberg, qui a vu à l'œuvre les chambres multifilaires inventées par Georges Charpak. Il a convaincu de la possibilité de réaliser des chambres plus fines et légères, un défi qui a conduit à des avancées technologiques significatives.
Pour l'expérience OPAL au LHC, Israël a construit un "calorimètre", un appareil de mesure d'énergie complexe nécessitant des chambres à fils très fines. Leur réalisation a impliqué des technologies spécifiques, comme des presses à coller de grandes dimensions et des machines pour le bobinage et le soudage de fils de haute tension, qui n'étaient pas disponibles à l'époque. Suite à un accord spécifique, Israël participe au budget du CERN, principalement sous forme de crédits pour des fournitures de technologies de pointe produites en Israël. Bien que le statut de membre à part entière ait été envisagé, la facture reste conséquente pour Israël.
La contribution israélienne s'est étendue à d'autres expériences majeures du LHC, comme ATLAS, où des chambres multifilaires fines, extrapolées de celles d'OPAL, sont construites par un consortium japonais et israélien. Ces chambres sont devenues un composant essentiel du système de déclenchement de la prise de données, permettant l'identification de phénomènes extrêmement rares. Il ne s'agit plus d'une mesure complémentaire, mais d'une contribution essentielle au fonctionnement de l'expérience. Des sous-produits de ces recherches ont également permis de construire des chambres plus petites atteignant une précision remarquable de 50 microns pour la mesure précise de la position de particules chargées.
L'histoire de la participation israélienne au CERN est également marquée par des défis diplomatiques. L'idée d'une association d'Israël avec le CERN avait été initialement rejetée par la direction du CERN, craignant que cela n'importe le conflit du Moyen-Orient sur le site. Cependant, la persévérance et la qualité des contributions scientifiques et technologiques ont permis d'établir une collaboration solide et durable, bénéfique tant pour la recherche fondamentale que pour le développement technologique.
L'engagement du CERN en matière de durabilité énergétique ne se limite pas à la récupération de chaleur du LHC ou à la promotion de la mobilité douce. L'organisation déploie une stratégie globale de gestion de l'énergie, conforme aux exigences de la norme ISO 50001, qui inclut la limitation de la consommation d'énergie et l'amélioration de l'efficacité énergétique.
Parmi les autres initiatives notables, on peut citer l'inauguration prévue en 2024 du Centre de données de Prévessin. Ce centre sera équipé d'un système de récupération de chaleur destiné à chauffer la majorité des bâtiments du site de Prévessin à partir de l'hiver 2026-2027. Un autre projet est en cours pour la récupération de chaleur des tours de refroidissement du LHC au point 1, afin d'alimenter les bâtiments du site de Meyrin. Ces projets, combinés à celui de Ferney-Voltaire, devraient permettre au CERN d'économiser entre 25 et 30 GWh d'énergie par an.
Ces programmes témoignent de la volonté du CERN de dépasser son rôle académique pour devenir un acteur significatif de la transition énergétique. En explorant et en mettant en œuvre des solutions innovantes pour réduire son impact environnemental, le CERN montre la voie à d'autres grandes institutions scientifiques et industrielles. La physique des hautes énergies, bien que complexe, peut ainsi se conjuguer avec une responsabilité environnementale accrue, ouvrant la voie à un avenir plus durable pour la recherche et la société.
L'histoire de la collaboration internationale au CERN est un exemple éloquent de la manière dont la science, lorsqu'elle est guidée par un objectif commun et une volonté de coopération, peut surmonter les barrières géopolitiques et culturelles. La contribution d'Israël, depuis ses débuts modestes jusqu'à son rôle essentiel dans des expériences de pointe, illustre la valeur de la diversité des perspectives et des expertises dans la quête de connaissance. Les avancées technologiques développées pour le LHC, qu'il s'agisse d'échangeurs thermiques cryogéniques ou de composants pour détecteurs, trouvent des échos dans d'autres domaines de recherche et d'industrie, démontrant l'impact transversal de la recherche fondamentale.
La stratégie énergétique du CERN, axée sur la récupération de chaleur fatale et la promotion de la mobilité durable, est un modèle pour d'autres organisations confrontées à des défis similaires. En transformant les contraintes environnementales en opportunités d'innovation, le CERN affirme son engagement envers un avenir plus responsable. La synergie entre la recherche de pointe et les besoins énergétiques locaux, comme illustré par le projet de Ferney-Voltaire, ouvre de nouvelles perspectives pour le développement des villes intelligentes et durables. Ces efforts combinés, qu'ils soient scientifiques, technologiques ou environnementaux, positionnent le CERN comme une institution à la pointe de la découverte, mais aussi comme un pionnier de la responsabilité sociétale.
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