A la rencontre des roadies du CERN

Au CERN, une trentaine de techniciens testent des aimants géants qui fonctionnent à des températures proches du zéro absolu. Bill Harby. © All rights reserved without written permission

Elle n'est peut-être pas l'un des physiciens du CERN qui cherchent à comprendre les secrets de l’univers. Mais sans des ingénieurs comme Marta Bajko, qui travaillent sur les aimants géants du Grand collisionneur de hadrons, ces physiciens ne seraient pas en mesure de tester leurs théories.

Lors des concerts pop, il y a les vedettes du rock, qui montent sur scène, et les roadies, qui s’assurent que le concert ait lieu en accordant les instruments, en branchant amplificateurs et haut-parleurs.

Les rock stars du CERNLien externe – l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire – sont les physiciens des particules. Ils reçoivent la majeure partie de l’attention lorsque le centre découvre une nouvelle particule subatomique qui nous aide à comprendre comment était probablement l’univers à sa naissance, et de quoi il est composé aujourd’hui.

Mais sans les ingénieursLien externe qui conçoivent, construisent et testent les machines et instruments complexes qui propulsent ces particules pour qu’elles entrent en collision les unes avec les autres à une vitesse proche de celle de la lumière, les mathématiques resteraient des équations purement théoriques.

Aimants géants

En continuant avec l’analogie rock and roll, Marta Bajko serait une roadie. Mais lors d’une récente visite au CERN, elle ne portait ni salopette ni blouse de laboratoire, mais une robe psychédélique, des bas violacés et un bracelet en fil arc-en-ciel fabriqué par sa fille de sept ans.

Marta Bajko dans son laboratoire. Bill Harby. © All rights reserved without written permission

Cheffe de section à l’installation d’essai des aimants supraconducteurs du CERN (SM-18), Marta Bajko et son équipe d’environ 30 ingénieurs et techniciens testent les aimants géants qui fonctionnent à une température proche du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius) pour obtenir l’état de supraconductivité (sans résistance électrique). Certains de ces aimants ont été conçus pour guider les protons dans le Grand collisionneur de hadrons (LHCLien externe), une structure circulaire de 27 kilomètres à cheval entre la Suisse et la France.

Le LHC possède 1’232 grands aimants dipôles, qui dirigent des milliards de protons chaque seconde autour du collisionneur, avant qu’ils ne se heurtent les uns aux autres. Une collision qui laisse des traces de particules subatomiques encore plus petites – comme le célèbre boson de HiggsLien externe qui démontre que l’univers a une masse.

«Notre premier rôle est le diagnostic, explique Marta Bajko. Nous recevons un aimant et nous le testons, en essayant de comprendre ce qui fonctionne bien et ce qui ne fonctionne pas. Après que nos collègues aient fait les corrections nécessaires, nous testons le design final.» Ce n’est qu’une fois tous les tests réussis que l’aimant est bon pour l’installation.

Lorsqu’un nouveau design d’aimant est testé, l’ensemble du procédé peut prendre des années. Par exemple, l’équipe de Marta Bajko a commencé à travailler sur la conception de nouveaux aimants pour la mise à niveau du LHC Haute LuminositéLien externe en 2008. Mais le premier prototype ne sera mis à l’essai que cette année, l’installation des aimants définitifs étant prévue pour 2025.

L’ingénieure est née à Gheorgheni, en Roumanie. Elle y a fait ses études, qu’elle a ensuite poursuivies à Budapest, en Hongrie. Comme pratiquement tout le monde au CERN, elle est multilingue (hongrois, roumain, espagnol, français, anglais, italien). Son premier emploi à la sortie de l’université, elle l’a trouvé à Madrid au CEDEXLien externe. C’est là qu’elle a trouvé les deux amours de sa vie: le génie cryogénique et son mari, Juan Carlos Perez, qui est également ingénieur au CERN.

Applications dans le monde réel

Les câbles enroulés avec des fils en alliage niobium-titane (NbTi) ou niobium-étain (Nb3Sn) constituent un composant essentiel des grands aimants supraconducteurs du CERN, qui mesurent 15 mètres de long et pèsent 27 tonnes. Ces alliages sont des conduits électriques d’une efficacité exceptionnelle aux températures extrêmement froides qui permettent la supraconductivitéLien externe.

Les fils de fer et les câbles plats ont leur beauté, note Marta Bajko qui aimerait un jour en faire des bijoux. Dans un vase sur son bureau jaillit un bouquet de fils NbTi, de câbles et de rubans en spirale de métal ainsi que de fibres optiques vertes.

Qu’est-ce que l’ingénieure trouve le plus gratifiant dans son travail? Au risque de décevoir les fondus de science, ce n’est pas la découverte de particules subatomiques qui composent l’univers. «C’est si loin pour moi», dit-elle, avant de citer les applications réelles de la cryogénieLien externe, de la supraconductivité et des aimants.  Par exemple, le développement de technologies médicales comme les appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) doit beaucoup au travail effectué au CERN.

Jouer et travailler ensemble

En tant que cheffe de section, Marta Bajko passe une partie de son temps au bureau et dans les réunions à passer en revue les schémas et les équations.  Mais elle aime être dans son «terrain de jeu»: la zone d’essai du SM-18, d’une superficie d’environ 2’500 mètres carrés occupés par de grandes machines et des instruments de diagnostic en métal peint de couleur vive. Pour certains tests, les longs aimants sont posés sur un «banc cryogénique», où ils sont alimentés pour voir si les centaines de pièces fonctionnent bien ensemble. Chaque aimant est également placé dans un appareil que l’ingénieure appelle le «plus grand thermos du monde» pour d’autres tests cryogéniques.

Une batterie de tests sur un seul aimant peut durer plus de deux mois. Au fur et à mesure que les essais progressent à des températures de plus en plus froides, l’aimant «s’entraîne», explique-t-elle. Il «apprend» et a une «mémoire». Grâce à des ajustements subtils, les essais successifs se rapprochent de la performance de l’aimant à des températures proches du zéro absolu.

L’un des défis les plus redoutables pour les ingénieurs spécialisés dans les aimants supraconducteurs est de fabriquer des composants d’aimants à température ambiante qui doivent fonctionner à près de -300 C. Imaginez construire un moteur de voiture qui doit fonctionner à des températures plus froides que dans l’espace extra-atmosphérique.

Alors, comment les physiciens rock stars et les ingénieurs roadies travaillent-ils ensemble? L’ingénieure sourit: «Les physiciens sont un peu des rêveurs. Souvent, ils ne considèrent pas les difficultés de construire une machine complexe qui n’a peut-être jamais existée auparavant. Tout à leurs théories qu’ils doivent absolument prouver (ou réfuter), ils ne tiennent pas compte non plus du coût de la conception et de la construction d’une telle machine. Ces préoccupations incombent aux ingénieurs, qui expliquent aux physiciens ce qu’elle appelle «la faisabilité de la fabrication».

C’est peut-être le grand défi et la récompense d’explorer la physique subatomique en tant qu’ingénieur en aimants cryogéniques – ou n’importe quel type d’ingénieur. «Mon travail n’est pas seulement sur papier ou sur écran, mais dans cette installation que je peux toucher. Et ça marche», résume Marta Bajko.

Traduit de l’anglais par Frédéric Burnand