Un lien direct avec l’Univers

Qu’est-ce qui assure la cohésion du cosmos ? Les experts du CERN cherchent des réponses aux grandes questions physiques. Les machines d’électroérosion par fil de GF Machining Solutions les y aident.

Said Atieh a trouvé le travail de ses rêves. « J’évolue dans un environnement multiculturel et multidisciplinaire », s’enthousiasme cet ingénieur en génie mécanique. « Ici, au CERN, de nombreuses sciences sont représentées et tous les collègues travaillent aux limites du possible. Ce lieu réunit des personnes, cultures et disciplines différentes. La somme de tous leurs efforts produit d’excellents résultats. »

CERN en chiffres

États sont aujourd’hui membres du plus gros centre de recherche en physique des particules au monde. Le budget de recherche annuel est 1,2 mrd CHF.

personnes sont employées au CERN.

aimants accélèrent les particules quasiment à la vitesse de la lumière dans le LHC.

scientifiques invités du monde entier participent à divers projets de recherche au CERN.

S. Atieh travaille pour l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, plus connue sous le nom de CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire), à Meyrin près de Genève (Suisse). Depuis la fondation de l’organisation en 1954, les scientifiques cherchent des réponses aux questions physiques fondamentales dans le plus gros centre de recherche en physique des particules au monde : De quoi est composée la matière ? Quelles forces assurent sa cohésion ? Que s’est-il passé juste après le Big Bang ?

Pour trouver des réponses à ces questions et mieux comprendre la nature de la matière et les forces de l’Univers, les chercheurs du CERN utilisent d’immenses accélérateurs de particules. Ces installations complexes ont permis d’accomplir de nombreux progrès scientifiques ces dernières décennies. En 2012, les chercheurs ont fait une incroyable découverte : ils ont prouvé, pour la première fois, l’existence du boson de Higgs qui confère leur masse à tous les corps présents dans l’Univers.

Depuis 1980, le CERN collabore avec GF Machining Solutions. Sa devise : penser et développer en étant orienté solutions. Ici au travail : l’équipe de l’atelier principal du CERN autour de Said Atieh (2^e en p. de la g.) avec Patrick Debonneville, Ingénieur commercial chez GF Machining Solutions (à d.).

Plus froid que dans le cosmos

Depuis 2010, les chercheurs du CERN utilisent le grand collisionneur lisent de hadrons (LHC), le plus grand accélérateur de particules au monde. Il est installé dans un tunnel rond de 27 km de diamètre situé à 100 m de profondeur sous la Suisse et la France. Le LHC n’impressionne pas que par sa taille : dans les aimants, qui maintiennent les particules dans leur trajectoire, la température est de moins 271 °C – il y fait donc plus froid que dans le cosmos. La construction et l’exploitation d’une installation comme le LHC nécessitent les meilleurs matériaux et machines disponibles sur le marché – ainsi que des techniciens et ingénieurs créatifs. C’est là que Said Atieh entre en piste. Il dirige en effet l’atelier principal du CERN qui compte 50 employés et qui produit les prototypes des nouveaux composants du LHC.

Les experts du CERN cherchent des réponses aux grandes questions physiques. Le plus grand accélérateur de particules au monde et d’autres machines les aident dans cette mission. Regardez des images impressionnantes de ces machines en vidéo.

Rapidité et précision

Il n’est pas étonnant que le CERN soit un client particulier pour GF Machining Solutions. « Comme les techniciens et scientifiques travaillent toujours aux limites du possible, ils ont besoin de machines à la pointe de la technique », explique Patrick Debonneville qui travaille depuis 41 ans chez GF Machining Solutions et depuis 1995 comme ingénieur commercial en électroérosion (EDM).

Le CERN collabore avec GF Machining Solutions depuis 1980. À l’époque, le centre avait acheté la première machine à électroérosion par fil. Un nouveau modèle a suivi en 1998. En 2018, lorsque la machine a dû être remplacée, Patrick Debonneville a aidé Said Atieh à choisir une nouvelle machine de type CUT P 800. Il a fallu de la patience pour que toutes les questions – économiques comme technologiques – trouvent leur réponse.

Au sein de la machine, des étincelles électriques jaillissent entre un fin fil et l’outil 600 000 fois par seconde, faisant ponctuellement naître une température d’environ 15 000 °C. « La découpe des matériaux est bien plus précise qu’avec une fraise », explique P. Debonneville. »

Un employé du CERN vérifie les réglages de la CUT P 800. La machine d’électroérosion par fil découpe les métaux avec plus de précision qu’une machine de fraisage.

Les chercheurs du CERN essaient de reproduire le mieux possible les conditions du cosmos. Ils utilisent pour cela un accélérateur de particules dont le fonctionnement nécessite notamment des pièces filigranes.

Matériaux exotiques

Au CERN, les techniciens travaillent souvent sur des matériaux exotiques, parmi lesquels le niobium, un métal très conducteur nécessaire pour produire de puissants champs magnétiques. « Nous avons besoin de composants en niobium pour rendre le LHC encore plus performant ou construire un nouvel accélérateur de particules », explique S. Atieh. « Pour agrandir le LHC, nous devons fabriquer des pièces précises filigranes comme des résonateurs de cavité – une mission pour la machine d’électroérosion par fil. »

Quelques adaptations techniques ont toutefois été nécessaires. En effet, les autres clients de GF découpent plutôt des matériaux habituels comme de l’acier, de l’aluminium ou du titane. Du fait de la réaction du niobium à l’usinage, les spécialistes en applications de GF Machining Solutions ont dû modifier quelques propriétés de la machine comme la tension du fil ou la fréquence de la tension électrique pour répondre aux besoins spécifiques du CERN. Said Atieh et Patrick Debonneville en ont discuté pendant deux ans. En mars 2021, la nouvelle CUT P 800 a enfin été livrée à l’atelier du CERN. Elle contribuera durant les 20 prochaines années à apporter des réponses aux grandes questions physiques.

Prix Nobel

1984 : les chercheurs du CERN Carlo Rubbia et Simon van der Meer obtiennent le prix Nobel de physique pour la découverte des bosons W et Z.
1992 : Georges Charpak reçoit le Nobel de physique pour le développement des détecteurs de particules.

Ultravide

Le vide à l’intérieur du LHC est comparable à celui de l’espace. Cet environnement garantit que les particules entrent en collision entre elles et non pas avec les molécules d’air. L’obtention de l’ultravide est très complexe : il faut presque deux semaines aux pompes spéciales pour vider l’accélérateur de particules du maximum d’air.

CUT P 800 : La machine d’électroérosion par fil reconnaît automatiquement le matériau utilisé, définit les paramètres adaptés et offre une précision extrême.

Pour produire des champs magnétiques dans l’accélérateur de particules, les chercheurs du CERN recourent au niobium. Ce métal lourd rare est très conducteur.

Pour l’agrandissement de l’accélérateur de particules, le CERN doit fabriquer des pièces précises filigranes comme des résonateurs de cavité. C’est une mission idéale pour la machine d’électroérosion par fil.

Patrick Debonneville, ingénieur commercial en électroérosion par enfonçage (EDM) chez GF Machining Solutions (à d.), discutant avec deux employés de l’atelier principal du CERN.

Mesurant 15 mètres de diamètre, 21 mètres de long et pesant 14 000 tonnes, le Compact Muon Solenoid est le détecteur le plus lourd jamais installé sur un accélérateur de particules.

« Nous nous connaissons depuis longtemps »

Said Atieh dirige l’atelier principal du CERN situé à Meyrin près de Genève. L’ingénieur en génie mécanique évoque sa fonction au centre européen de recherche et la collaboration de longue date avec GF Machining Solutions.

Said Atieh travaille pour l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire à Meyrin près de Genève (Suisse).

Quel rôle joue votre atelier pour le CERN ?

Nous faisons partie du département d’ingénierie en charge de la conception, fabrication et assurance qualité des nouveaux composants de l’accélérateur ou des détecteurs de particules. Les techniciens et scientifiques du CERN nous soumettent leurs idées de prototypes que nous fabriquons ensuite dans nos machines en prenant en compte leurs exigences. C’est une coopération de longue date. À la fin des années 1950, notre atelier était l’un des premiers bâtiments du site du CERN, ce dont nous sommes, aujourd’hui encore, très fiers.

Comment GF Machining Solutions vous aide dans votre travail ?

Nous avons besoin de machines capables d’usiner très précisément toutes sortes de matériaux – parfois exotiques comme le niobium. Nos machines ne doivent pas être des modèles uniques faits sur mesure. Nous misons sur des normes industrielles car nos prototypes doivent plus tard être fabriqués en série sur les mêmes machines par des entreprises situées dans les États membres du CERN. GF répond à ces deux besoins : une qualité de machine et d’usinage exceptionnelle et l’utilisation internationale dans l’industrie.

Qu’appréciez-vous dans cette collaboration ?

GF Machining Solutions est un partenaire important pour nous. Nous nous connaissons depuis longtemps. Outre la qualité des produits, nous apprécions le service proactif et très fiable. En cas de besoin, un expert GF vient rapidement sur place. Par ailleurs, nos interlocuteurs comprennent très bien nos exigences – ce qui n’est pas évident tant elles sont pointues.