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Balayer les craintes autour du LHC

Le LHC, le futur accélérateur du CERN, entrera en service en mai prochain. Les collisions qu'il générera sont-elles dangereuses? Va-t-il produire de la radioactivité? Et des mini trous noirs pouvant «avaler» la Terre? Revue des méfaits potentiels avec deux physiciens.

A des dizaines de mètres dans le sous-sol genevois, le plus fantastique instrument scientifique jamais construit est sur le point d'être achevé: le LHC. Avec cet accélérateur, les physiciens du CERN envisagent, dès mai 2008, d'explorer des domaines encore inconnus de la science. Ils souhaitent notamment recréer les instants qui ont suivi le Big-Bang en générant de phénoménales collisions de particules (lire LT du 9.05.07).

Ces expériences présentent-elles des aspects dangereux? La question s'est posée lors de la construction de chacun des accélérateurs du même genre. Et de nombreuses réponses ont été apportées dans divers rapports. Hier, c'est l'Office fédéral de la santé publique (OFSP) qui a présenté1 les conclusions de son étude de la radioactivité dans l'environnement du LHC, avant la mise en service de celui-ci (lire plus bas).

De leur côté, les physiciens tentent aussi, à chaque fois, d'évaluer la possibilité que se manifestent des phénomènes physiques inédits et potentiellement pernicieux, tels des «mini trous noirs» pouvant faire disparaître la Terre. En 1999, à l'occasion de la construction du RHIC, un accélérateur situé aux Etats-Unis, un groupe de scientifiques a été mis sur pied dans ce but2. Et en 2003, pour le LHC, ses concepteurs ont invité des experts indépendants à reproduire l'exercice3. Le physicien français Jean Illiopoulos en faisait partie. Avec son homologue du CERN John Ellis, il passe en revue les craintes, parfois exagérées dans les médias, qui sont liées au fonctionnement du LHC.

Un faisceau vorace?

Le LHC fera circuler dans son tube circulaire de 27 km des paquets contenant chacun 100 milliards de particules (proton ou ions lourds). Ce faisceau sera accéléré à une vitesse proche à 99,99% de celle de la lumière et transportera une immense énergie totale, équivalente à celle d'un TGV de 400 tonnes roulant à 150 km/h. Et si ce faisceau déviait? «Il est effectivement si intense que le LHC est la première machine du genre à pourvoir s'autodétruire», admet Django Manglunki, chef de la salle de contrôle du CERN. Mais encore faut-il s'entendre sur les mots: «Le faisceau pourrait au pire dévier et faire fondre les parois des aimants qui entourent le tube où il devrait rester confiné. Mais cela s'arrêterait là», rassure Jean Illiopoulos. «Ces aimants, au nombre de 1232, coûtent chacun un million de francs. Et donc le dommage serait surtout... financier, souligne John Ellis. Sinon, il n'y a aucune possibilité que ce faisceau sorte du tunnel situé à 100 m sous terre.» «En cas d'un quelconque problème, il sera dévié, puis dispersé dans une cible de graphite», assure Django Manglunki.

Des collisions de particules explosives?

Le faisceau circulera dans les deux sens. Et produira donc parfois des collisions dont les physiciens veulent étudier les débris. Ces télescopages sont-ils dangereux? D'abord, seules quelques-unes des particules (protons) s'entrechoqueront lors de chaque croisement du faisceau, ne libérant à chaque fois qu'une infime partie de l'énergie totale du paquet. Une fraction qui correspond en réalité à celle générée par... 14 moustiques en vol. Aucun danger donc. Par analogie, lorsque quelqu'un tente d'écraser un insecte entre ses mains, il crée une énergie de frappe supérieure à celles des protons dans le LHC.

En quoi cet accélérateur est-il donc plus prodigieux qu'un essaim de diptères? Sa particularité réside dans son impressionnante capacité à concentrer toute cette énergie de collision dans un espace 10'000 milliards de fois plus petit que la taille du moustique. Autre argument rassurant: il existe dans la nature un phénomène naturel, les rayons cosmiques. Il s'agit de particules produites dans l'espace lors d'événements tels que la formation de supernovæ (étoile en train d'exploser), et transportant des énergies dépassant celles du LHC. Ces rayons bombardent tous les astres de l'Univers, dont la Terre. Sans conséquences néfastes pour elle depuis des milliards d'années.

Une radioactivité sensible en surface?

Ces collisions de particules seront si puissantes qu'elles généreront divers débris sous la forme d'autres particules, dont certaines seront radioactives. De plus, les enceintes souterraines du LHC subiront aussi ce bombardement, et certains matériaux deviendront temporairement radioactifs. Mais cette radioactivité posera-t-elle un danger en surface? Pour y voir clair, l'OFSP et l'Autorité française de sûreté nucléaire (ASN) viennent de faire réaliser une étude «point zéro». Celle-ci doit servir de référence pour mesurer dans tous les compartiments - air, eau et sol - la radioactivité qui pourrait être générée lors des expériences du LHC.

«L'analyse de l'environnement en surface n'a révélé aucun dépassement des limites en vigueur pour le CERN», résume Christophe Murith, chef de la section Risques radiologiques à l'OFSP. Autrement dit: cette campagne a confirmé l'absence, après 53 ans de fonctionnement d'installations au CERN, d'une accumulation de radionucléides (éléments radioactifs) de longue période de désintégration qui seraient dus à des expériences de physique des particules. «L'impact radiologique sur la population avoisinante s'avère donc nettement inférieur, en terme de dose, à celui attribuable à la radioactivité naturelle.»

Cela signifie-t-il pour autant que le LHC sera lui aussi inoffensif? «Il est clair qu'en sous-sol, dans le tunnel, la radioactivité générée lors des expériences y interdira toute présence humaine. Mais les radionucléides majeurs qui seront produits auront de très courtes périodes de désintégration. Et les composants devenus radioactifs seront, après démantèlement, traités comme des déchets nucléaires. En surface par contre, et notamment près des puits d'accès, le risque est minime. Car on sait d'une part que les futures expériences ne sont pas si différentes par rapport à celles qui y ont été menées par le passé. De l'autre, la nouvelle conception des installations en profondeur apporte une sécurité accrue. Enfin, les systèmes de surveillance des autorités sont extrêmement sensibles et susceptibles de détecter toute infime trace de radioactivité, même des quantités non encore dangereuses en terme de dose d'irradiation.»

Des «mini trous noirs» qui avalent tout?

En astrophysique, les trous noirs seraient des objets qui, parce qu'ayant une immense force de gravitation due à leur incommensurable densité, «avalent» et retiennent toute la matière alentour, ainsi que la lumière. Le LHC pourrait théoriquement produire des «mini trous noirs» lors des collisions, avancent certains physiciens. Comment?

«La force de gravitation entre deux particules est des milliards de milliards (10-40) de fois moins forte que dans un trou noir cosmique, explique John Ellis. Mais une théorie dit qu'il pourrait exister, à des niveaux d'énergies faramineux, des dimensions supplémentaires aux trois dimensions spatiales que nous connaissons. Et que, si ces dimensions cachées sont immensément grandes, cette force d'attraction entre particules serait soudainement exacerbée, créant ainsi des sortes de minuscules trous noirs.» Qui, après avoir coulé jusqu'au centre de la Terre, pourraient l'avaler petit à petit, comme d'aucuns le craignent?

«Non, car ils seraient de toute façon minuscules, d'infime énergie, générant une gravité si faible, et instables. Si bien que, selon les calculs développés par le célèbre physicien Stephen Hawking, ils s'évaporeraient après un fugace instant (de l'ordre d'un milliardième de milliardième de milliardième de seconde au pire!)» «La probabilité qu'il s'en forme est d'ailleurs quasiment nulle, abonde Jean Illiopoulos. Et les repérer - cela se fera d'ailleurs indirectement à partir du produit de leur désintégration - serait déjà une fantastique découverte!» Enfin, à nouveau, les rayons cosmiques bien plus puissants bombardant la Lune, par exemple, auraient déjà dû, avec le temps, y créer nombre de mini trous noirs «voraces». Or l'astre brille encore bel et bien chaque nuit.

Des «strangelets» qui transmutent la Terre?

La matière, en son creuset le plus intime, est faite d'atomes, dont le noyau est composé de neutrons et de protons. Ces derniers sont à leur tour formés des particules élémentaires baptisées «quarks». La matière ordinaire et stable est ainsi formée de deux types de quarks, appelés «up» et «down». Or il existe bien d'autres membres dans cette famille de corpuscules, dont ceux que les physiciens ont nommés «strange» (étrange, en français). Les «strangelets» sont donc d'hypothétiques infimes agrégats de matière dite étrange, contenant des quarks «strange» en plus des habituels «up» et «down». Mais leur existence n'a jamais été prouvée jusqu'ici.

Le risque théorique, si de tels «strangelets» étaient fabriqués lors des collisions dans le LHC, serait qu'ils cannibalisent petit à petit les atomes ordinaires et transmutent la Terre en une planète de matière étrange, totalement différente de celle que l'on connaît. «Très très peu de gens pensent que ces objets puissent exister, mais on ne peut pas l'exclure totalement, avise John Ellis. Toutefois, ils seraient très instables, et se désintégreraient aussitôt de manière inoffensive. Par ailleurs, le RHIC, un accélérateur de particules installé aux Etats-Unis, aurait déjà dû en fabriquer s'ils existaient.» La probabilité que ce genre d'événement arrive est aussi proche de ce que la science peut appeler «zéro», conclut le rapport rédigé en 2003.

Et John Ellis de conclure: «Le LHC est certes très puissant, et nous espérons tous faire avec cet outil des découvertes passionnantes. Mais la Nature - les rayons cosmiques par exemple - l'est encore beaucoup plus. Et nous sommes tous encore là. A mon avis, il n'y a donc aucune crainte particulière à avoir concernant le fonctionnement du LHC.»

1: http://www.bag.admin.ch/themen/strahlung/02839/04088/index.html?lang=fr

2: http://doc.cern.ch//archive/electronic/hep-ph/9910/9910333.pdf

3: http://doc.cern.ch/yellowrep/2003/2003-001/p1.pdf

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