Le plus grand accélérateur du CERN après le LHC, le Supersynchrotron à protons (SPS), est une machine indispensable qui, avec ses 6 km de lignes de faisceau dans la zone Nord, alimente le LHC et à AWAKE, mais aussi beaucoup d’expériences à cibles fixes, comme SHINE, NA62, COMPASS, NA64 et NA65, ainsi que divers programmes de R&D.
La zone Nord a été construite dans les années 1970 et a reçu ses premiers faisceaux destinés à des expériences en 1978. À l’origine, la zone était presque exclusivement consacrée aux expériences de physique ; au fil des ans, de nombreuses lignes de faisceaux ont également servi à un programme très dynamique de R&D et de tests pour les expériences menées auprès des collisionneurs du CERN, dans d’autres laboratoires et même dans l’espace. La zone abritera dans le futur de nouvelles expériences, issues de l’initiative « Physique au-delà des collisionneurs » (PBC).
La conception initiale de la zone Nord ayant été très bien pensée, elle a permis de répondre, pendant plus de 40 ans, à des besoins en perpétuelle évolution. Toutefois, la majorité des équipements et des infrastructures sont d’origine, et il est donc temps de lui donner un coup de jeune et de préparer les lignes de faisceaux et les infrastructures qui seront utilisées durant les prochaines décennies. En effet, les nouvelles expériences requièrent des intensités toujours plus élevées, ce qui met les équipements à rude épreuve. La fiabilité doit donc être optimale.
Les discussions concernant la rénovation de la zone Nord ont commencé dès 2013, alors que le premier long arrêt (LS1) était sur le point de débuter. La zone est en effet opérationnelle depuis 1978, date de mise en service du SPS, et les équipements n’ont pas véritablement été rénovés depuis cette date.
De premiers travaux de consolidation axés sur la sécurité des installations de la zone Nord avaient déjà été menés durant le deuxième long arrêt (LS2). Cependant, les réparations quotidiennes sur les convertisseurs de puissance de la zone Nord montraient que la fiabilité de l’installation devait encore être améliorée.
En 2021, une approche en deux phases a été validée pour la consolidation de la zone Nord, ce qui permettra d’échelonner les coûts de rénovation. La première phase, approuvée le 17 juin 2021 dans le cadre du plan à moyen terme, a déjà commencé. Elle comprendra le remplacement des convertisseurs de puissance qui se trouvent dans les bâtiments BA80 et BA2, au niveau du premier tronçon de 1,2 km de ligne de faisceaux en amont des halls d’expérimentation. Ce remplacement aura lieu pendant le troisième long arrêt (LS3) et se terminera mi-2027, afin de ne pas entraver la troisième période d’exploitation. Le premier résultat visible des travaux de consolidation se concrétisera en 2023, avec la construction d’une cinquième tour de refroidissement qui permettra de répondre aux besoins de refroidissement à venir.
Quant à la seconde phase, qui débutera en 2027, elle portera sur la rénovation des halls d’expérimentation et des bâtiments techniques auxiliaires BA81 et 82. Il est question ici d’environ 60 000 mètres carrés de bâtiments et d’installations (y compris les halls d’expérimentation 1 et 2 (EHN1 et EHN2), ainsi que de la caverne souterraine ECN3, essentielles à la recherche de processus rares dans le cadre de l’étude sur la physique au-delà des collisionneurs (étude PBC).
Le projet de consolidation de la zone Nord ne permettra pas de réaliser les mêmes économies d’énergie que la rénovation de la zone Est. Cela tient principalement au fait que l’intervalle de temps pendant lequel le faisceau est fourni est beaucoup plus important que dans la zone Est. De plus, les grands aimants des expériences fonctionnent en permanence et non de manière pulsée. Cela étant, les améliorations apportées aux équipements destinés au faisceau et à la protection par verrouillage contribueront à réduire les pertes de faisceau. Par ailleurs, la rénovation des bâtiments permettra de réaliser des économies d’énergie et le projet explorera d’autres voies permettant l’amélioration de la consommation d’énergie de plusieurs façons.
Cette rénovation majeure permettra de mettre les installations de la zone Nord en conformité avec les règles de sécurité les plus récentes. De plus, le SPS lui-même a été considérablement amélioré pendant LS2. Tous les faisceaux sont désormais accélérés par un système radiofréquence renouvelé et amélioré. Bien qu'ils soient principalement destinés à augmenter l'intensité et la qualité des faisceaux vers le LHC, les paramètres des faisceaux vers la zone Nord pourraient également en bénéficier bientôt. De plus, un nouvel absorbeur de faisceau a été installé au point 5 de l’anneau de l’accélérateur. Ce dispositif est mieux adapté aux faisceaux de forte intensité qui seront mis en service au cours de la troisième période d'exploitation et qui circuleront à partir de 2027 dans le LHC à haute luminosité (HL-LHC).
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Cet article fait partie de la série « Une révolution tranquille à Prévessin »