Le LHC se prépare à une nouvelle révolution : pourquoi le CERN transforme son accélérateur

Après plus de quinze ans d’exploitation et des découvertes majeures comme le boson de Higgs, le Grand collisionneur de hadrons entre dans une nouvelle phase. Le CERN va profiter de plusieurs années d’arrêt pour transformer la machine et multiplier par dix sa capacité à produire des collisions.

Par Adrien Hassler

Sous la frontière franco-suisse, à une centaine de mètres de profondeur, une gigantesque machine vient d’entrer dans une période de transformation qui pourrait déterminer l’avenir de la physique des particules pour les prochaines décennies.

Le Large Hadron Collider, plus connu sous le nom de LHC, a commencé son troisième long arrêt technique en juillet 2026. Après plusieurs années consacrées à produire des collisions entre protons, l’accélérateur va désormais être profondément modifié.

L’objectif est ambitieux : transformer le LHC en High-Luminosity LHC, ou HL-LHC, une version capable de produire environ dix fois plus de collisions et de données que le LHC dans sa configuration nominale. Le redémarrage de cette nouvelle machine est actuellement prévu pour juin 2030. (CERN)

Il ne s’agit donc pas simplement d’une opération de maintenance.

Le CERN prépare une nouvelle génération d’expériences capables de chercher des phénomènes que les physiciens n’ont peut-être encore jamais observés.

Pourquoi le LHC doit-il s’arrêter ?

Le LHC est une machine d’une complexité exceptionnelle.

Son anneau principal mesure environ 27 kilomètres et accueille des milliers d’aimants destinés à guider et focaliser les faisceaux de particules. Les protons circulent dans deux faisceaux distincts, en sens opposés, avant d’être amenés à entrer en collision au cœur de plusieurs détecteurs, notamment ATLAS et CMS. (CERN)

Pour fonctionner, une partie essentielle de ces aimants doit être maintenue à une température extrêmement basse : environ 1,9 kelvin, soit −271,3 °C.

Cette température est inférieure à celle de l’espace intersidéral moyen.

Le CERN utilise de l’hélium superfluide pour refroidir les masses froides des aimants. Au total, le système cryogénique doit gérer environ 36 000 tonnes de masses froides. (CERN)

Une telle infrastructure ne peut évidemment pas être démontée, modifiée puis remise en fonctionnement en quelques semaines.

C’est la raison pour laquelle le CERN planifie de longues périodes d’arrêt pendant lesquelles les équipes peuvent intervenir directement sur les équipements.

Le troisième long arrêt, baptisé LS3, constitue justement l’une de ces périodes.

Le LHC ne va pas devenir plus énergétique, mais beaucoup plus productif

Une idée reçue consiste à penser que la prochaine version du LHC va simplement accélérer les protons à une énergie beaucoup plus élevée.

Ce n’est pas le principal objectif.

Le HL-LHC doit surtout augmenter ce que les physiciens appellent la luminosité.

La luminosité correspond, de manière simplifiée, au nombre de collisions que l’accélérateur peut produire dans un temps donné. Plus le nombre de collisions est élevé, plus les chercheurs disposent de données pour rechercher des phénomènes rares.

Le HL-LHC vise une luminosité intégrée environ dix fois supérieure à celle prévue dans la conception initiale du LHC. (CERN)

Cette différence est fondamentale.

Imaginons que l’on cherche un phénomène extrêmement rare, qui ne se produit qu’une fois sur des milliards de collisions.

Augmenter le nombre total de collisions revient à augmenter les chances de le voir apparaître.

C’est un peu comme observer une forêt pour essayer d’apercevoir un animal extrêmement rare : plutôt que de simplement améliorer la puissance de ses jumelles, on augmente considérablement la durée et la quantité d’observations.

Des aimants capables de focaliser encore davantage les faisceaux

Pour produire davantage de collisions, les faisceaux de protons doivent être extrêmement concentrés lorsqu’ils arrivent au niveau des détecteurs.

Le projet HL-LHC introduit donc une nouvelle génération d’aimants quadrupolaires capables de focaliser les faisceaux beaucoup plus efficacement.

Un prototype grandeur nature du futur système, appelé Inner Triplet String, a récemment franchi une étape importante.

Le 8 juillet 2026, ses nouveaux aimants quadrupolaires ont atteint leur courant nominal de 16 230 ampères lors des essais. Ces aimants sont essentiels pour concentrer les faisceaux avant leur entrée dans les expériences ATLAS et CMS. (CERN)

La technologie utilisée représente une évolution importante par rapport aux aimants actuellement installés dans le LHC.

Le CERN teste ainsi les composants dans des conditions proches de celles qu’ils rencontreront dans la machine finale avant leur installation.

Jusqu’à 200 collisions au même endroit

La quantité de collisions produites lors du passage de deux paquets de protons constitue également un enjeu majeur.

Avec le HL-LHC, les équipes souhaitent atteindre entre 140 et 200 collisions par croisement de faisceaux, contre environ 60 actuellement. (CERN)

Cela signifie que les détecteurs vont devoir faire face à un environnement beaucoup plus dense.

Pour les expériences ATLAS et CMS, cela implique de renouveler une partie importante des systèmes électroniques et des détecteurs.

Les instruments doivent être capables de distinguer les événements réellement intéressants au milieu d’une quantité considérable de collisions simultanées.

La physique ne consiste donc pas simplement à créer davantage de collisions.

Il faut également être capable de lire et d’interpréter correctement ce qui s’y passe.

Pourquoi produire autant de données ?

La réponse tient à l’une des grandes difficultés de la physique moderne : les phénomènes les plus intéressants sont souvent extrêmement rares.

La découverte du boson de Higgs en 2012 en est un excellent exemple.

Les expériences ATLAS et CMS ont dû analyser d’immenses quantités de données pour identifier une signature compatible avec l’existence de cette particule.

Depuis, les physiciens ont continué à étudier le Higgs avec une précision croissante.

Mais le boson de Higgs pourrait également être une porte d’entrée vers une physique encore inconnue.

Le Modèle standard de la physique des particules décrit remarquablement bien une grande partie des phénomènes observés. Pourtant, il ne répond pas à toutes les questions.

La nature de la matière noire reste par exemple inconnue.

Pourquoi l’Univers est-il composé presque exclusivement de matière alors que les modèles prédisent une symétrie beaucoup plus importante entre matière et antimatière ?

Pourquoi les neutrinos possèdent-ils une masse ?

Et surtout, existe-t-il de nouvelles particules ou de nouvelles interactions que nous n’avons pas encore découvertes ?

Le HL-LHC ne garantit évidemment aucune découverte.

Mais en augmentant considérablement la quantité de données disponibles, il donne aux physiciens davantage de possibilités de rechercher des anomalies.

Le HL-LHC pourrait produire des centaines de millions de bosons de Higgs

Les chiffres donnent une idée de l’échelle du projet.

Selon le CERN, le HL-LHC pourrait produire environ 380 millions de bosons de Higgs au cours de sa durée d’exploitation, contre environ 55 millions produits depuis le début du programme LHC. (CERN)

Cette différence ne signifie pas que les chercheurs vont simplement « voir » des centaines de millions de Higgs à l’écran.

La plupart des collisions produisent d’autres particules et les événements doivent être reconstruits à partir des traces laissées dans les détecteurs.

Mais disposer d’un échantillon beaucoup plus important permet de mesurer certaines propriétés avec une précision nettement supérieure.

C’est justement cette précision qui pourrait faire apparaître une petite anomalie.

Et en physique fondamentale, une petite anomalie peut parfois être beaucoup plus importante qu’une nouvelle particule spectaculaire.

Une nouvelle génération de détecteurs

L’amélioration du LHC ne concerne donc pas uniquement l’accélérateur.

Les expériences elles-mêmes doivent être adaptées.

ATLAS et CMS vont notamment recevoir des systèmes de détection et d’électronique capables de gérer les conditions beaucoup plus difficiles du HL-LHC.

Les détecteurs devront traiter davantage d’informations, plus rapidement, tout en conservant une précision extrêmement élevée.

Cette évolution rejoint un phénomène que l’on retrouve dans d’autres domaines scientifiques : l’explosion du volume de données oblige la science à développer de nouvelles infrastructures informatiques.

C’est exactement ce que nous observions dans notre article consacré à l’intelligence artificielle et aux GPU dans l’astronomie, où les nouveaux télescopes produisent eux aussi des quantités de données impossibles à analyser manuellement.

Dans les deux cas, le défi n’est plus seulement de produire une observation.

Il faut être capable de transformer cette observation en information scientifique exploitable.

L’intelligence artificielle pourrait jouer un rôle croissant

Cette explosion des données pose naturellement la question de l’intelligence artificielle.

Les expériences du CERN utilisent déjà des méthodes d’apprentissage automatique pour certaines tâches de reconstruction et de classification des événements.

À mesure que la quantité de données augmente, ces techniques pourraient prendre encore davantage d’importance.

Un algorithme peut par exemple rechercher automatiquement des signatures inhabituelles dans des millions d’événements et aider les physiciens à identifier ceux qui méritent une analyse approfondie.

Cela ne signifie pas que l’IA va remplacer les physiciens.

Le rôle du scientifique reste essentiel pour formuler les hypothèses, construire les modèles et déterminer si une anomalie correspond réellement à une nouvelle physique ou simplement à une erreur expérimentale ou statistique.

Mais l’IA peut devenir un filtre extrêmement puissant entre le détecteur et le chercheur.

Cette évolution rappelle d’ailleurs ce que nous observions avec James Webb : l’intelligence artificielle devient progressivement une couche supplémentaire permettant d’exploiter des instruments scientifiques dont la production de données dépasse les capacités d’analyse humaines. Notre article consacré à l’IA qui aide James Webb à révéler des objets difficiles à détecter revient justement sur cette transformation.

Le CERN prépare déjà l’après-LHC

Le HL-LHC n’est pourtant pas la dernière étape.

Pendant que les équipes travaillent à la transformation du LHC, le CERN prépare également l’avenir de la physique des particules en Europe.

Le projet le plus ambitieux est le Future Circular Collider (FCC), un accélérateur circulaire envisagé avec une circonférence d’environ 91 kilomètres, contre 27 kilomètres pour le LHC.

Le projet ferait du CERN le centre d’un programme de recherche qui pourrait s’étendre sur plusieurs décennies.

Son objectif serait notamment d’étudier le boson de Higgs avec une précision encore supérieure et d’explorer de nouvelles régions de la physique fondamentale.

Le projet fait actuellement l’objet de débats scientifiques, économiques et environnementaux en Europe. Une consultation publique est notamment en cours en France en 2026.

Le FCC rappelle une réalité souvent oubliée : les grandes infrastructures scientifiques se construisent sur des horizons de temps extrêmement longs.

Le LHC a été conçu à partir de projets scientifiques datant de plusieurs décennies.

Le prochain accélérateur pourrait, lui aussi, commencer à fonctionner alors que certaines des technologies nécessaires à sa construction n’existent pas encore sous leur forme définitive.

Pourquoi le CERN est particulièrement important pour la Suisse

Pour la Suisse, cette transformation présente également une dimension particulière.

Le CERN est installé à cheval entre la France et la Suisse, à proximité immédiate de Genève. Le LHC lui-même traverse les deux pays.

Des milliers de scientifiques du monde entier travaillent avec ses infrastructures, et plus de 17 000 chercheurs issus de plus de 100 nationalités utilisent les installations du LHC. (CERN)

Mais le CERN n’est pas uniquement un laboratoire de physique fondamentale.

Les technologies développées pour les accélérateurs ont également des applications dans d’autres domaines : médecine, imagerie, électronique, informatique ou traitement de données.

L’histoire du CERN montre d’ailleurs que les infrastructures scientifiques peuvent produire des innovations dont les applications deviennent visibles bien après leur développement initial.

Qu’espère-t-on réellement découvrir ?

C’est probablement la question la plus intéressante.

Les physiciens savent quelles questions ils veulent étudier, mais ils ne savent évidemment pas ce que les données vont révéler.

Le HL-LHC permettra notamment de mesurer beaucoup plus précisément les propriétés du boson de Higgs et d’étudier des processus extrêmement rares. Le CERN estime que cette augmentation de luminosité pourrait considérablement améliorer les possibilités de recherche de phénomènes situés au-delà du Modèle standard. (CERN)

Mais il est impossible de garantir qu’une nouvelle particule sera découverte.

La science fondamentale fonctionne précisément parce qu’elle accepte cette incertitude.

Le LHC pourrait confirmer certaines prédictions.

Il pourrait également révéler une anomalie.

Ou ne rien trouver de spectaculaire.

Dans ce dernier cas, le résultat serait tout aussi important : l’absence de nouvelle physique dans certaines régions permettrait d’éliminer des hypothèses et de réorienter la recherche.

Quatre années pour préparer la prochaine décennie

Le calendrier est désormais fixé.

Le troisième long arrêt technique a commencé en juillet 2026. Une grande partie des travaux de transformation va se dérouler pendant cette période, avec un redémarrage du High-Luminosity LHC prévu en juin 2030. (CERN)

Les prochaines années seront donc paradoxales.

Pour le grand public, le LHC sera beaucoup moins visible.

Pour les équipes du CERN, ce sera probablement l’une des périodes les plus intenses de son histoire.

Des kilomètres d’équipements devront être remplacés ou modifiés, de nouveaux aimants installés, les détecteurs modernisés et l’ensemble de l’infrastructure préparé à fonctionner avec des niveaux de luminosité jamais atteints auparavant.

Lorsque les premiers faisceaux circuleront à nouveau dans le tunnel, ce ne sera donc plus exactement le même LHC.

Une machine conçue pour chercher l’inconnu

Le plus fascinant dans le projet HL-LHC est finalement son objectif.

Les ingénieurs savent précisément ce qu’ils doivent construire.

Les physiciens savent quelles questions ils veulent poser.

Mais personne ne sait exactement quelles réponses apparaîtront.

Le LHC a déjà permis de confirmer l’existence du boson de Higgs, l’une des découvertes majeures de la physique du XXIe siècle.

La prochaine génération pourrait nous montrer que le Modèle standard n’est qu’une approximation d’une théorie beaucoup plus vaste.

Ou nous obliger à revoir certaines de nos hypothèses.

C’est précisément pour cette raison que le CERN continue d’investir dans cette machine.

Le HL-LHC ne cherche pas seulement à produire davantage de collisions.

Il cherche à donner aux physiciens suffisamment de données pour apercevoir, peut-être, quelque chose que personne n’avait encore réussi à voir.

Et lorsque les faisceaux recommenceront à circuler en 2030, le véritable enjeu ne sera pas simplement de savoir si le nouvel accélérateur fonctionne.

Il sera de découvrir ce que l’Univers nous réserve derrière les limites actuelles de notre compréhension.

À propos de l’auteur

Adrien Hassler est le créateur d’AdrienTech, un média consacré à l’intelligence artificielle, aux nouvelles technologies, aux infrastructures numériques et à l’astronomie. À travers ses articles, il analyse les évolutions scientifiques et technologiques qui transforment progressivement notre compréhension du monde.