CONNAISSANCES ET TECHNOLOGIES POUR L’ENVIRONNEMENT

ÉNERGIES RENOUVELABLES ET À FAIBLE ÉMISSION DE CO₂ 

Plusieurs technologies du CERN pourraient être appliquées au domaine de la fusion, source d’énergie non émettrice de gaz à effet de serre (GES) et produisant peu de déchets radioactifs, qui pourrait devenir une alternative fiable et durable aux combustibles fossiles et à la fission nucléaire. En collaboration avec différents partenaires industriels, tels que l’entreprise allemande de sidérurgie Rolf Kind GmbH, le CERN teste la résistance de pièces en acier inoxydable à des charges extrêmes et aux températures cryogéniques. En outre, le Laboratoire a noué des partenariats stratégiques avec des entités publiques et privées (EUROfusion, Gauss Fusion et Eni), afin de créer des synergies entre la technologie de l’énergie de fusion et celle des accélérateurs de particules, notamment pour la mise au point de collisionneurs de muons et de supraconducteurs à haute température critique.  

En 2023, un partenariat a été conclu avec SuperNode (Irlande) dans le domaine des technologies de transport d’énergie, essentielles pour l’intégration des énergies renouvelables. Grâce à son savoir-faire en matière de systèmes de vide, le CERN aide l’entreprise à créer des cryostats perfectionnés pour assurer l’isolation thermique de câbles supraconducteurs. Ces câbles sont conçus pour transférer l’électricité produite, par exemple, par des parcs éoliens flottants, sur de grandes distances et avec le moins possible de maintenance et de pertes électriques. 

TRANSPORTS NON POLLUANTS ET MOBILITÉ DU FUTUR  

Le transport est l’une des sources d’émissions de GES qui se développent le plus vite, et les efforts de transfert de technologies du CERN visent à trouver des solutions de mobilité plus propres, sûres et efficaces dans les domaines aérien, maritime, ferroviaire et automobile. 

La mise au point de technologies pour le transport d’hydrogène liquide par voie maritime, favorisant l’économie durable de l’hydrogène, en est un bon exemple. L’hydrogène est une source d’énergie prometteuse, car il n’émet pas de GES et permet de stocker une grande quantité d’énergie. Afin d’être transporté et stocké efficacement, il doit être refroidi à -253 ℃ pour prendre sa forme liquide, ce qui impose aux réservoirs embarqués des contraintes de conception thermique. En outre, les fuites doivent être limitées le plus possible, l’hydrogène étant très volatil et inflammable. Le CERN collabore avec Gaztransport & Technigaz (GTT) à la création de grands réservoirs à hydrogène liquide (LH2) pour le transport maritime. Il s’agit d’adapter au LH2 la technologie utilisée pour le transport du gaz naturel liquéfié en optimisant les spécifications des matériaux, les procédures de soudage, ainsi que les matériaux destinés à la couche de vide d’isolation. 

En 2022, un partenariat a été conclu avec UpNext, filiale d’Airbus, afin d’étudier l’utilisation potentielle des technologies supraconductrices du CERN dans les futurs avions à faibles émissions. En 2023, une étape-clé a été franchie avec la mise au point, la fabrication et les essais au CERN de SCALE (Super-Conductors for Aviation with Low Emissions), démonstrateur basé sur des lignes d’alimentation supraconductrices. 

CHANGEMENT CLIMATIQUE ET CONTRÔLE DE LA POLLUTION 

L’expertise et les technologies du CERN contribuent à faire avancer la modélisation et la surveillance environnementales grâce à l’observation de la Terre. Ces processus jouent un rôle essentiel pour évaluer la pollution, gérer les ressources et faire face aux catastrophes naturelles.

Grâce à sa connaissance de l’apprentissage automatique, le CERN contribue à la plateforme de modélisation et de prévision environnementales EMP2, projet révolutionnaire mené conjointement avec Forschungszentrum Jülich (Allemagne) et le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) afin de créer un jumeau numérique basé sur l’IA pour la dynamique atmosphérique. Entraîné avec les données du programme Copernicus, cet outil améliore les prévisions météorologiques grâce au « nowcasting » (prévisions sur une fenêtre allant jusqu’à six heures), à une résolution accrue des phénomènes météorologiques extrêmes (de 32 à 6 km) et à la correction des biais de précipitations. Basé sur un logiciel open source de type ATMOREP, il permet d’effectuer des prévisions rapides et fiables d’événements extrêmes et s’avère plus efficace que les modèles météorologiques numériques traditionnels. L’outil EMP2 sera utilisé pour le projet WeatherGenerator afin de combiner toutes les sources de données dans un modèle multitâche. Dans le cadre du récent partenariat entre le CERN et le Programme alimentaire mondial, il permettra de prévoir la production de cultures saisonnières afin de répondre au problème de la faim dans le monde. 

Le projet Edge SpAIce, financé par l’UE, est une collaboration entre le CERN, EnduroSat (Bulgarie), NTU Athens (Grèce) et AGENIUM Space (France), visant à développer pour les satellites un système embarqué qui permettra d’obtenir et de traiter des images haute résolution à l’aide d’un réseau neuronal profond, afin de détecter et suivre la pollution plastique des océans. Ce système sera basé sur l’intelligence artificielle embarquée (Edge AI), technologie de pointe développée au CERN qui assurera un traitement des données en temps quasi réel au niveau du satellite, reproduisant la méthode de filtrage des données du LHC. 

Le projet UTMOST CLEEN vise à éliminer une partie des émissions de gaz nocifs (SOx et NOx) produites par des secteurs tels que le transport de marchandises et les semi-conducteurs, grâce à une technologie compacte et durable de traitement des gaz de combustion par faisceau d’électrons (technologie EBFGT). Celle-ci permet de réduire jusqu’à 95 % les émissions de SOx et jusqu’à 80 % celles de NOx.  

DURABILITÉ ET SCIENCES VERTES

Le projet MotorSense est une collaboration entre le CERN et ABB reposant sur l’utilisation de capteurs intelligents et de jumeaux numériques pour optimiser l’utilisation d’énergie dans les systèmes de refroidissement et de ventilation. Depuis 2022, plus de 100 capteurs ont été installés sur plus de 800 moteurs basse tension pour contrôler la puissance de sortie, la vitesse, la vibration et l’efficacité de fonctionnement. Les algorithmes des capteurs et les jumeaux numériques génèrent des recommandations en matière d’économies d’énergie, le potentiel de réduction de la consommation d’électricité étant de 17,4 % (jusqu’à 31 GWh par an). Cette approche innovante est transposable à d’autres infrastructures ayant des contraintes de refroidissement et de ventilation similaires. 

Afin de réduire ses émissions de GES, le CERN cherche des alternatives à certains gaz, notamment au SF₆, qui sert au refroidissement des détecteurs et à la détection de particules (voir Émissions). Ce gaz à effet de serre à haut potentiel de réchauffement climatique est également utilisé dans les systèmes de radiofréquence de diverses installations utilisant un accélérateur, notamment les installations d’hadronthérapie. Il possède d’excellentes propriétés diélectriques et d’isolation contribuant à empêcher les pannes électriques dans les installations de haute puissance. Afin d’éliminer le SF₆, le CERN a noué un partenariat avec AFT Microwave (Allemagne) pour mettre au point un circulateur à guide d’ondes haute puissance, compatible avec le vide, visant à protéger les générateurs contre la puissance réfléchie_. Cette innovation pourrait aussi être profitable à l’industrie du disjoncteur, en apportant une solution durable pour les dispositifs de haute puissance.