Énergie
L’un des piliers de l’action du CERN pour réduire son impact sur l’environnement est l’adoption de démarches et de technologies visant à économiser et réutiliser l’énergie, associée à l’engagement d’exploiter ses installations le plus efficacement possible, en limitant à 5 % (par rapport aux niveaux de 2018) la hausse de sa consommation d’électricité jusqu’à la fin de la troisième période d’exploitation.
ALIMENTER LES ÉQUIPEMENTS SCIENTIFIQUES
Pour alimenter l’ensemble de ses accélérateurs, détecteurs, outils de calcul et autres infrastructures techniques d’exception, le CERN a principalement besoin d’électricité (environ 95 % de sa consommation totale d’énergie). Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) compte pour 55 % de sa consommation totale. En 2023 et 2024, années d’exploitation, la consommation d’électricité du CERN s’est respectivement élevée à 1 096 GWh (3 946 TJ) et 1 290 GWh (4 645 TJ). En 2023, dans le contexte de la crise énergétique, l’exploitation des accélérateurs a été réduite de 20 % en portant l’arrêt technique hivernal à 19 semaines, ce qui a permis d’économiser environ 70 GWh d’électricité.
Des projets de rénovation des systèmes de ventilation et de refroidissement des accélérateurs sont en cours et permettront d’économiser 8 GWh par an. Pendant la période concernée par ce rapport, le système de ventilation qui refroidit le centre de données de Meyrin a été modernisé et doté de variateurs de vitesse. Depuis 2022, les installations cryogéniques du LHC fonctionnent en « mode économique » dès que possible, ce qui permet de réaliser jusqu’à 20 GWh d’économies d’énergie par an.
Le Laboratoire consomme aussi du gaz naturel pour le chauffage, du carburant pour ses véhicules et du diesel pour ses générateurs de secours ; en 2023 comme en 2024, il a consommé 43 GWh (154 TJ) d’énergies fossiles. Il utilise également de l’azote liquide industriel pour le refroidissement, ainsi que de petites quantités d’énergie photovoltaïque produites sur son domaine.
CONSOMMATION D’ÉNERGIE DU CERN 2015–2024
Les périodes d’exploitation sont les années pendant lesquelles les accélérateurs sont en fonctionnement ; elles incluent des arrêts techniques de fin d’année et d’éventuels autres arrêts techniques. Entre ces périodes, le complexe d’accélérateurs connaît des « longs arrêts » pour des travaux de maintenance, de rénovation et d’amélioration. En 2023, un incident technique a entraîné un arrêt d’un mois, ce qui a eu une incidence sur la consommation d’électricité.
À noter : après l’obtention de la certification ISO 50001, on est passé d’une approche fondée sur la surveillance à une approche fondée sur la facturation pour le calcul des données liées à l’énergie, ce qui a entraîné de légers écarts par rapport aux données des années précédentes, lesquelles ont été mises à jour dans ce graphique. En particulier, la cible pour la fin de la troisième période d’exploitation a été réévaluée à 1 317 GWh, contre 1 314 GWh précédemment. « RUN » = période d’exploitation ; « LS » = long arrêt.
CONSOMMATION D’ÉNERGIE DU CERN – AUTRES CATÉGORIES D’ÉNERGIE 2015–2024
Conformément aux exigences de la certification ISO 50001, notamment celle de collecter des données plus précises, fondées sur la facturation, toutes les valeurs des années précédentes ont été ajustées.
Le programme de physique du CERN repose sur la fourniture d’une quantité croissante de données aux expériences ; au LHC, on mesure cette performance à l’aide d’un paramètre appelé « luminosité ». Une luminosité plus élevée signifie plus de collisions proton-proton et donc plus de données collectées, ce qui améliore la précision statistique et le potentiel de découvertes. Mais elle peut aussi entraîner une hausse de la consommation d’électricité.
En plus de limiter l’augmentation de sa consommation à 14 % à l’ère du LHC à haute luminosité (HL-LHC) par rapport à celle de la troisième période d’exploitation, le CERN s’engage à améliorer son efficacité énergétique en optimisant la luminosité fournie par unité d’énergie consommée. Entre la première et la deuxième période d’exploitation (du démarrage du LHC à 2018), l’efficacité du LHC sur ce point a triplé. Avec le HL-LHC, une nouvelle amélioration d’un facteur quatre est prévue.
ÉLECTRO-INTENSIVITÉ DU LHC
Quantité d’électricité utilisée pour exploiter le LHC par unité de luminosité produite. On voit que la quantité d’énergie nécessaire pour produire une certaine quantité de données (et donc de résultats scientifiques) diminue avec le temps.
Comme on l’a observé en 2022 et comme il est attendu en 2030, pendant l’année suivant chaque long arrêt, alors que le LHC est remis en marche et monte progressivement en puissance, la luminosité produite n’est pas à son maximum. Les écarts observés en 2023 sont liés à un incident technique qui a conduit à l’arrêt du LHC pendant un mois, ce qui a impacté la consommation d’électricité. Ceux prévus en 2026 sont liés à l’exploitation partielle de la machine (début du long arrêt à la mi-2026). « RUN » = période d’exploitation ; « LS » = long arrêt.
STRATÉGIE ÉNERGÉTIQUE DU CERN
Créé en 2015, le Comité pour la gestion de l’énergie (Energy Management Panel, EMP) pilote la stratégie du CERN en matière d’énergie selon trois axes : améliorer l’efficacité, consommer moins et récupérer l’énergie résiduelle. Cette stratégie est renforcée par la politique énergétique du CERN (publiée en 2022), la présence d’un coordonnateur énergie et l’EMP élargi, qui se réunit régulièrement pour englober toutes les activités du CERN au-delà du complexe d’accélérateurs. De plus, le CERN collabore étroitement avec ses États hôtes dans le cadre du Comité tripartite pour l’environnement (CTE), ainsi qu’avec ses opérateurs de réseaux de transport d’électricité et ses fournisseurs d’électricité.
L’achat d’énergie représente actuellement 5 à 10 % du budget annuel du CERN en période d’exploitation, et moins pendant les longs arrêts. L’électricité est essentiellement produite en France, où le bouquet énergétique est à plus de 95 % à faible émission de carbone (2024).
Dans le cadre du projet Politique du CERN pour des achats respectueux de l’environnement (voir Achats et matériaux), des orientations en matière d’achat d’équipements, de produits et de services ont été élaborées. Parmi les critères à considérer figure la performance énergétique au cours de la durée d’exploitation prévue. Ce critère s’applique à l’achat de tout élément dont la puissance dépasse 500 kW ou ayant une consommation d’énergie annuelle de plus de 5 GWh.
Certification ISO 50001
La norme ISO 50001 donne des outils permettant d’améliorer la performance énergétique et d’intégrer la gestion de l’énergie aux actions visant une meilleure gestion de la qualité et de l’environnement.
(Image : AFNOR)
En février 2023, le CERN a obtenu, pour trois ans, la certification ISO 50001 pour l’intégralité de ses sites, activités et énergies. Des audits de surveillance obligatoires sont dès lors réalisés chaque année par l’Association française de normalisation (AFNOR). Deux audits externes et deux audits internes ont eu lieu pendant la période concernée par ce rapport ; leurs résultats confirment que la structure organisationnelle et les mesures mises en œuvre par l’Organisation respectent, voire dépassent, les normes requises et sont efficaces pour optimiser les processus de gestion de l’énergie.
SOURCES D’ÉNERGIE ALTERNATIVES
Diversifier son bouquet énergétique, notamment en y intégrant l’énergie photovoltaïque, est un aspect important de la gestion responsable de l’énergie au CERN. Une vaste étude concernant la possible installation de panneaux photovoltaïques sur les toits des bâtiments et les parkings du Laboratoire, réalisée en 2023-2024, a conclu que les avantages énergétiques et financiers d’un tel projet seraient minimes. Afin d’atteindre son objectif, à savoir couvrir une partie de ses besoins en électricité grâce à des sources d’énergie renouvelables, le CERN a signé fin 2024 trois contrats d’achat d’électricité (PPA) physique avec des fournisseurs d’énergie en France. Ces PPA concernent la fourniture d’énergie solaire, à hauteur d’environ 140 GWh par an à partir de 2027 (voir Pour aller plus loin). Ce chiffre représente 30 % de la consommation du CERN pendant les périodes d’arrêt et 10 % pendant les périodes d’exploitation.
À plus petite échelle, le bâtiment du Portail de la science du CERN, inauguré en octobre 2023, compte 1 855 panneaux solaires de 2 m2 chacun qui couvrent les besoins en énergie du bâtiment et injectent tout surplus dans le réseau électrique du CERN.
OPTIMISER L’ÉNERGIE SUR LE DOMAINE
L’énergie dont l’Organisation a besoin pour alimenter ses bâtiments et son infrastructure générale représente environ 10 % de sa consommation totale. Les efforts constants d’optimisation reposent sur un vaste programme de consolidation sur cinq ans, réexaminé annuellement pour ce qui concerne le chauffage, la ventilation, la climatisation et l’installation électrique. L’Office cantonal de l’énergie (OCEN) de Genève (Suisse), contribue en grande partie au financement de ces travaux de consolidation à Meyrin.
D’autres mesures viennent renforcer ces efforts, notamment le retardement du démarrage annuel du chauffage centralisé, son adaptation aux conditions météorologiques et la réduction de la température des chaudières, soit des économies de gaz de 15 GWh par rapport aux niveaux d’avant 2022. En 2023, une campagne de remplacement des ampoules halogènes par des LED a été lancée dans les bâtiments tertiaires. Fin 2024, 95 % des ampoules (50 000 au total) avaient été remplacées, permettant d’économiser environ 3 GWh d’électricité par an.
RÉCUPÉRER LA CHALEUR
La récupération de l’énergie résiduelle étant une priorité pour l’Organisation, plusieurs projets sont menés dans ce domaine, l’objectif étant de réaliser 60 % d’économies de gaz à l’horizon 2030 (par rapport à 2018). En février 2024, le CERN a inauguré sur le site de Prévessin un nouveau centre de données, équipé d’un système de récupération de la chaleur qui, une fois raccordé à l’installation, contribuera au chauffage de tous les bâtiments du site. Un autre projet, mené sur le site de Meyrin, consistant à récupérer la chaleur des tours de refroidissement du point 1 du LHC, a débuté pendant la période concernée par ce rapport. Les deux projets représenteront au total des économies d’énergie de 25 à 30 GWh par an à compter de 2027.
Au point 8, situé à proximité de Ferney-Voltaire (France), les travaux de raccordement des équipements nécessaires pour chauffer un quartier résidentiel voisin se sont achevés fin 2024. À compter de 2026, quelque 20 GWh/an seront récupérés grâce aux tours de refroidissement du point 8.
CALCUL ET INFRASTRUCTURE INFORMATIQUE
Avec le projet LHC à haute luminosité (HL-LHC), le volume de données collectées devrait être multiplié par dix pendant la période d’exploitation de la machine (soit jusqu’en 2041) par rapport au volume produit par le LHC, ce qui augmentera considérablement la capacité de calcul pour les expériences. Le CERN s’engage à compenser la hausse des besoins en énergie liée à cette augmentation en optimisant l’infrastructure informatique ainsi que ses outils matériels et logiciels. En adoptant des approches innovantes pour les principales tâches informatiques (apprentissage automatique et autres technologies connexes notamment), le CERN s’efforce de réduire les ressources informatiques nécessaires, limitant ainsi l’augmentation de la consommation d’énergie.
Le nouveau centre de données de Prévessin, inauguré en février 2024, est conçu pour fournir au réseau informatique jusqu’à 12 mégawatts (MW) de puissance, déployés en trois phases pour répondre à l’évolution des besoins. Le passage à la deuxième phase (8 MW) est prévu pour 2027-2028, afin de couvrir les besoins de la première campagne du HL-LHC (quatrième période d’exploitation). Le centre de données vise un indice d’efficacité énergétique (PUE) d’environ 1,1 — soit un niveau nettement meilleur par rapport à la moyenne du secteur, les grands centres ayant généralement un PUE de 1,5 et les nouvelles installations un PUE compris entre 1,2 et 1,4 (1,0 étant la valeur idéale). Le Centre de données de Meyrin, dont le PUE est inférieur à 1,5, se situe dans un bâtiment des années 1970 qui, à l’origine, n’a pas été conçu pour des équipements modernes. Il continuera d’être exploité, principalement pour des activités de stockage. Des plans d’amélioration de son efficacité énergétique et de sa durabilité, par exemple en réduisant le nombre de systèmes UPS et de batteries, sont à l’étude.
Prise de conscience croissante, hausse des coûts de l’énergie, exigences réglementaires plus strictes, autant de facteurs qui suscitent un engagement plus fort en faveur de pratiques durables en matière de calcul. La collaboration WLCG s’engage collectivement à évaluer de nouvelles méthodes et technologies pour limiter son impact sur l’environnement, et un premier atelier pour une WLCG plus durable s’est tenu en décembre 2024. Les premiers objectifs consistent à créer un cadre pour la collecte d’informations en matière d’efficacité énergétique, faciliter l’utilisation de matériel plus économe en énergie, et élaborer et promouvoir un plan visant à accroître l’efficacité énergétique et à réduire l’empreinte carbone. Sont concernés les modèles de calcul, les installations, ainsi que les technologies matérielles et leur cycle de vie.
| Le principal objectif du CERN est de fournir aux scientifiques de grandes quantités de données leur permettant d’approfondir la recherche en physique fondamentale et d’améliorer notre compréhension de l’Univers. Ces données, de l’ordre de 200 pétaoctets en 2024 rien que pour le LHC, sont générées surtout par des collisions de faisceaux de particules enregistrées par les expériences. La Grille de calcul mondiale pour le LHC (WLCG) est une collaboration mondiale regroupant le CERN et quelque 160 centres de calcul basés dans plus de 40 pays, qui relie des infrastructures de calcul nationales et internationales et fournit des ressources informatiques pour stocker, distribuer et analyser ces données. Les chiffres de la consommation d’énergie présentés dans ce rapport concernent exclusivement les installations détenues ou exploitées par le CERN. |
OBJECTIFS POUR 2030
D’ici à 2030, le CERN entend améliorer constamment sa performance énergétique en limitant le plus possible l’énergie nécessaire à ses activités, en améliorant l’efficacité énergétique de ses installations et en récupérant l’énergie résiduelle. Pendant la quatrième période d’exploitation (2030-2033), le taux de collision augmentera d’un facteur cinq par rapport à la conception nominale du LHC, voire d’un facteur 7,5 lorsque le dernier niveau de performance sera atteint, pendant la cinquième période d’exploitation.
Le CERN s’engage en même temps à limiter sa consommation d’électricité à 1,5 TWh/an, soit une augmentation de 14 % par rapport à l’objectif qui était fixé pour la fin de la troisième période d’exploitation. Il est aussi prévu que 10 % des besoins en électricité du Laboratoire soient couverts par des contrats d’achat d’électricité (PPA) provenant de sources renouvelables et que la consommation de gaz soit réduite de 60 % par rapport à 2018.
POUR ALLER PLUS LOIN
Nicolas Bellegarde est le coordonnateur Énergie du CERN.
— Qu’a fait le CERN pour évaluer l’utilisation potentielle de l’énergie solaire ?
NB : Conformément aux exigences de la norme ISO 50001, la diversification des sources d’énergie fait partie de la stratégie énergétique de l’Organisation. L’énergie photovoltaïque est à l’étude depuis quelque temps et nous avons pour la première fois évalué la possibilité d’utiliser les infrastructures présentes sur le domaine du CERN, notamment les toits et les parkings, pour y installer des panneaux solaires afin de produire 10 % de nos besoins en électricité. Une étude a été réalisée en collaboration avec l’entreprise Swiss Solar City. Celle-ci a révélé que la surface potentiellement utilisable au CERN s’étendait sur environ 100 places de parking et 5 000 à 10 000 m2 de toit pour des avantages peu significatifs. Nous avons donc poursuivi nos démarches auprès de partenaires extérieurs sous la forme de contrats d’achat d’électricité (PPA).
— Quelle est la portée des contrats de type PPA signés fin 2024 ?
NB : Les PPA garantiront la fourniture d’électricité provenant de centrales solaires situées dans le sud de la France, qui offrent un accès à environ 90 hectares de panneaux solaires (l’équivalent de 120 terrains de football). Cette superficie représente environ 40 % de la zone clôturée du CERN ; il n’aurait donc pas été possible de mener un projet de cette ampleur sur le domaine de l’Organisation. Le CERN devrait recevoir de l’électricité provenant de ces centrales dès janvier 2027. Le Laboratoire s’est engagé à acheter de l’électricité produite par des centrales solaires, pour une puissance de crête de 95 MW et un total de 140 GWh/an sur une période de 15 ans.
