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Des bases géodésiques de haute précision pour le nouvel accélérateur de particules du CERN

Le nouvel accélérateur de particules du CERN nécessite des bases géodésiques précises de swisstopo.

14.01.2022 | DKW

Future Circular Collider
Future Circular Collider

Le CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire implantée dans la région de Genève, mène d’importants travaux de recherche fondamentale en physique sur la structure de la matière. Pour ce faire, le prestigieux laboratoire de recherche utilise depuis 2008 le Grand collisionneur de hadrons («Large Hadron Collider», LHC), le plus grand accélérateur de particules du monde avec ses 27 kilomètres de long. Conformément à la «stratégie européenne pour la physique des particules», une étude de faisabilité doit désormais menée concernant le modèle qui succèdera à l’actuelle pièce maîtresse du CERN. Baptisé «Futur collisionneur circulaire» (FCC), celui-ci devrait être trois fois plus grand que son prédécesseur, ce qui lui permettra de déployer une énergie bien supérieure pour la collision des particules.

Comment fonctionne un accélérateur de particules?

Dans un accélérateur de particules, des particules – protons ou ions plomb dans le cas du LHC – circulent en boucle dans un tube sous vide. Les particules sont accélérées au moyen de champs électriques. Elles subissent également l’influence de bobines magnétiques qui définissent leur trajectoire. Ces bobines doivent être positionnées avec la plus extrême précision. Le groupe de métrologie du CERN effectue un premier alignement précis au millimètre. Il doit pour cela disposer d’un modèle très précis du champ de pesanteur de la Terre. Appelé «modèle de géoïde», celui-ci sert notamment à corriger les mesures. Le modèle de géoïde est calculé à partir de différentes mesures, par exemple des mesures de la pesanteur ou encore le nivellement GNSS, une combinaison entre mesures GNSS et nivellement.

Vermessungsfahrzeug swisstopo

La mise en œuvre du projet requiert donc des bases géodésiques extrêmement précises. Et ce, aussi bien pour la planification que pour la construction et l’exploitation de l’accélérateur de particules du futur. Or pour cela, les modèles existants ne suffisent pas. La collaboration entre le CERN, l’EPF de Zurich, la Haute École d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) et swisstopo a donc pour but de mettre à disposition des bases géodésiques de haute précision pour le projet. Il résultera en particulier de cette collaboration un modèle de champ de pesanteur ultraprécis pour l’environnement du FCC. swisstopo soutient le projet, d’une part, par des aspects pratiques tels que la réalisation de nouvelles mesures et la mise à disposition de mesures existantes et des équipements nécessaires. D’autre part, l’Office met son expertise au service du projet. 

Dans un premier temps, un profil géodésique va être établi sur un trajet de 50 km entre Genève et Annecy. Des mesures de nivellement existantes de l’IGN (l’équivalent français de l’Office fédéral de topographie) et de swisstopo ont été reprises, et de nouvelles mesures de nivellement ont été réalisées par le CERN sur une section de 8 km. Par ailleurs, swisstopo a effectué le long de ce profil, tous les 800 m environ, des mesures de déviation de la verticale à l’aide d’une caméra zénithale. La caméra zénithale utilisée a été développée à l’Institut de géodésie et de photogrammétrie de l’EPF de Zurich. De plus, à l’automne 2021, 50 points ont été mesurés à l’aide d’un système GNSS statique de haute précision dans le cadre d’une vaste campagne GNSS d’une semaine avec le concours de l’ensemble des partenaires du projet.  

Toutes ces mesures permettront d’établir un profil géoïdal très précis (quasiment une coupe du géoïde le long du profil) qui pourra être utilisé à des fins de validation et de comparaison. Il servira de base pour évaluer la précision des futurs modèles de géoïde. Le calcul des nouveaux modèles de géoïde débutera après la clôture des travaux sur le profil. Là encore, quelques mesures de densification sont nécessaires.

The Geoid in Switzerland
Géoïde de la Suisse

Ce n’est pas la première fois que swisstopo collabore avec le CERN. Le laboratoire de recherche genevois et l’Office fédéral de topographie ont déjà coopéré à plusieurs reprises. Cette collaboration dans le domaine de la recherche est précieuse pour swisstopo, car ce projet utilise de nouvelles méthodes et logiciels qui pourraient s’avérer utiles dans le cadre de la mensuration nationale régulière à l’avenir. 

Office fédéral de topographie swisstopo Seftigenstrasse 264
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