Au commencement...

Vers l’exploration des origines de l’Univers

Par Virginia Heffernan

D’ici la fin 2009, les scientifiques espèrent recréer les conditions les plus proches de celles du Big Bang jamais atteintes. Les répercussions à prévoir pour notre compréhension d’aspects relevant de la physique fondamentale sont immenses... tout comme les nombreuses innovations qui pourraient en découler.

Dans leurs expériences, les scientifiques et ingénieurs s’appuieront sur des types spéciaux d’acier inoxydable au nickel pour empêcher les faisceaux de particules de haute énergie de s’écarter de leur trajectoire. Deux aciers inoxydables fortement alliés fournis par ThyssenKrupp Nirosta GmbH, de Krefeld (Allemagne), sont capables de résister aux conditions extrêmes qui régneront dans le tunnel circulaire de 27 kilomètres du Grand collisionneur de hadrons (ou LHC, pour Large Hadron Collider), le plus grand accélérateur de particules au monde. Ce projet de deux milliards de dollars US pourrait nous aider à mieux comprendre l’origine de l’Univers. Il vise à recréer les conditions qui ont existé quelques instants après le Big Bang en accélérant des protons jusqu’à une vitesse à peine inférieure à celle de la lumière en directions opposées dans deux tubes à vide distincts placés à une profondeur de 100 mètres sous les montagnes du Jura, qui chevauchent la frontière franco-suisse. Les protons peuvent entrer en collision dans quatre zones différentes, et les scientifiques sont en mesure d’observer ces expériences de près.

Des conditions de fonctionnement extrêmes
Les champs destinés à accélérer et à guider les particules seront produits par quelque 500 aimants fabriqués à partir de 860 tonnes de Nirosta® 4375 (EN 1.4375), un acier inoxydable austénitique au manganèse. Cet alliage peut supporter des températures proches du zéro absolu (jusqu’à moins 271 degrés Celsius), ainsi que les forces élevées s’exerçant au sein de la bobine de l’électro-aimant, tandis que sa faible perméabilité magnétique l’empêche de se magnétiser.

« Ce matériau spécial de haute qualité était essentiel pour produire sans difficulté ces aimants aux propriétés exceptionnelles », déclare M. Detlef Krischel, directeur principal chez ACCEL Instruments et responsable des aimants.

L’acier inoxydable est aussi un composant essentiel des tuyaux transportant l’hélium liquide destiné à refroidir les aimants. Pour produire des champs magnétiques assez élevés pour accélérer les particules jusqu’à une vitesse proche de celle de la lumière, il est nécessaire de refroidir les bobines d’électro-aimant jusqu’à une température proche du zéro absolu, de façon à les rendre supraconductrices, état dans lequel elles transfèrent la quasi-totalité de leur énergie auxdits champs magnétiques. Le réseau de tuyaux de refroidissement des aimants à l’hélium liquide est en acier inoxydable chrome-nickel EN 1.4307 (équivalent à la nuance 304L ou S30403), un matériau qui ne se fragilise pas à ces températures extrêmement basses. Les 120 kilomètres de conduites ont nécessité environ 450 tonnes de matériau.

Bien que l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire ait été contrainte de suspendre le projet en septembre 2008 à cause d’une mauvaise connexion électrique entre les segments du câble supraconducteur du LHC, il devrait redémarrer fin septembre 2009 dans le but de réaliser les premières expériences de collision à la fin d’octobre.

Science pure, innovation et nickel
Le LHC est déjà un exploit technique en dépit du problème de démarrage. De plus, les connaissances acquises au cours de sa réalisation influenceront technologies et ambitions humaines pendant des décennies, voire des générations. Et il convient de dire que le nickel (c’est-à-dire la partie du nickel formé au nano-instant qui a suivi le Big Bang) est essentiel à son succès.

Daniel Tummarello ThyssenKrupp Stainless AG E-mail: daniel.tummarello@thyssenkrupp.com Web site: www.thyssenkrupp-stainless.com

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