Une mégascience fascinante

Le Synchrotron à électrons allemand (DESY) à Hambourg compte parmi les meilleures adresses dans le monde pour accélérer les particules
Le Synchrotron à électrons allemand (DESY) à Hambourg compte parmi les meilleures adresses dans le monde pour accélérer les particules Daniel Bockwoldt/dpa
L’Allemagne offre aux scientifiques une excellente infrastructure pour la recherche avec de gros équipements, de l’ordinateur ultra-puissant à l’accélérateur de particules. La recherche allemande est en outre active dans nombre de projets internationaux requérant de gros équipements.

La recherche avec de gros équipements joue un rôle important dans le paysage scientifique allemand. Cela vaut pour la recherche fondamentale comme pour l’application de nouvelles connaissances dans des innovations concrètes. Des équipements complexes comme les ordinateurs ultra-puissants ou les accélérateurs de particules sont nécessaires pour étudier les structures infimes de la matière et trouver des réponses aux questions globales portant sur le climat, l’environnement ou les énergies alternatives. En Allemagne, les établissements faisant ce type de recherche sont exploités par un organisme public, la Communauté Helmholtz, le plus grand organisme scientifique allemand.

Ouvert aux scientifiques internationaux

Les centres Helmholtz coopèrent étroitement avec les universités et les centres de recherche extra-universitaires comme les instituts de la Société Max-Planck, de la Société Fraunhofer et de la Communauté Leibniz ainsi qu’avec l’industrie. Un excellent exemple de cette coopération est le dispositif expérimental Wendelstein 7-X pour étudier la technologie de la fusion nucléaire, exploité par l’Institut Max-Planck de physique des plasmas en association avec la Communauté Helmholtz. Les doctorants et les chercheurs – également étrangers – peuvent s’inscrire aux postes d’expérimentation sur les équipements, parfois uniques dans le monde, des centres Helmholtz. Les gros appareils ne servent pas seulement à la recherche fondamentale et appliquée, ils permettent aussi les échanges dans l’univers scientifique. Plus de 7.000 chercheurs internationaux viennent chaque année dans les centres Helmholtz. 

Les établissements de la Communauté Helmholtz sont aussi différents que la recherche dans ses six domaines. La flotte scientifique allemande relève ainsi du domaine de la Terre et de l’environnement, avec entre autres le navire scientifique « Sonne », le plus moderne au monde. A bord de ce laboratoire flottant, le travail des chercheuses et des chercheurs portent surtout sur le changement climatique et la protection des écosystèmes marins. La complexité du système terrestre est surtout étudiée sur des sites de mesure et dans des unités de laboratoire comme la station polaire Neumayer Station III dans l’Antarctique et la Modular Earth Science Infrastructure (MESI) au Centre allemand des sciences de la Terre (GFZ) à Potsdam. Les chercheurs veulent mieux comprendre les changements climatiques et géologiques et élaborent des concepts de protection contre les tsunamis ou les tremblements de terre. 

Le cosmos et le microcosme 

Dans le domaine de recherche portant sur l’aéronautique, l’espace et les transports, le Centre allemand d’aéronautique et de spationautique (DLR) est leader à Cologne avec ses 33 instituts. Le DLR a largement contribué à la mission « Rosetta » de l’Agence spatiale européenne (ESA). Il était responsable de la construction de l’unité d’atterrissage Philae et du centre de contrôle qui surveilla le premier atterrissage sur une comète en 2014. Parmi les nombreuses infrastructures du DLR, on compte aussi des souffleries pour tester les nouveaux modèles d’avion dans des conditions proches de la réalité et des avions scientifiques comme le HALO, servant à étudier l’atmosphère. 

La diversité du microcosme est, elle, étudiée par les chercheurs au réputé Synchroton électronique allemand (DESY) à Hambourg, l’une des meilleures adresses pour l’accélération des particules. Avec les gros appareils du DESY, on étudie les interactions entre les particules les plus infimes ou le comportement des nouveaux nanomatériaux. Le grand accélérateur PETRA III sur le campus du DESY est la source de rayonnement en anneau de stockage la plus performante au monde. A partir de 2017, le laser par rayons européen XFEL produira les éclairs les plus intenses de tous les temps. 

Les simulations avec des ordinateurs ultra-puissants sont déterminantes pour comprendre nombre de processus. L’un des ordinateurs qui permet de s’aventurer dans ces domaines-limites est le JUQUEEN au Centre de recherche de Jülich. Le premier superordinateur européen a une capacité de calcul maximale de 5,9 pétaFLOPS – soit près de 6 millions de milliards d’opérations par seconde. On l’utilise par exemple pour les travaux de l’Human Brain Project. Cet ambitieux projet de recherche de l’Union européenne cherche à rassembler l’ensemble des connaissances sur le cerveau humain et à le reproduire avec des simulations informatiques. Son site, le Centre de recherche public de Jülich, est un autre grand site de la recherche fondamentale allemande et l’un des plus grands centres de recherche en Europe. Ses quelque 5.800 collaborateurs font de la recherche en physique et en informatique, ainsi que de la recherche interdisciplinaire sur la santé, l’information et le cerveau, et sur l’énergie et l’environnement.

Les perspectives internationales

Dans le cadre international, l’Allemagne participe à divers projets de méga-recherche. Ainsi, le pays contribue le plus fortement, avec quelque 20 %, au budget du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) à Genève, en Suisse. Le plus grand accélérateur de particules, faisant 27 kilomètres de long, est en service au CERN. Plus de 1.000 chercheurs allemands participent à des expériences du CERN. 

L’Allemagne est en outre largement impliquée dans deux centres de mégascience à Grenoble, en France : l’Institut Laune Langevin (ILL) avec son réacteur à très haut flux et son installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF). L’ILL est un centre de recherche sur les neutrons éminent dans le monde et l’ESFR la plus puissante installation de rayonnements dans le monde. 

L’Allemagne est également présente avec 15 autres pays à l’Observatoire européen austral (ESO), l’organisation européenne leader dans les recherches astronomiques. Les télescopes de l’ESO sont installés sur trois sites dans le désert d’Atacama au Chili et permettent d’étudier des objets dans des lieux très reculés de l’univers.

L’Allemagne est en outre le plus important partenaire européen de la Station spatiale internationale (ISS). En étant le plus grand contributeur, l’Allemagne finance quelque 40 % du programme de l’ESA pour le fonctionnent de l’ISS, contribuant ainsi de manière déterminante à l’utilisation scientifique de la station spatiale. Le DLR coordonne les contributions allemandes. En tant que membre de l’ESA, l’Allemagne participe aussi au programme ExoMar. La première mission de cette coopération russo-européenne a débuté en mars 2016 et a lancé un satellite scientifique et un atterrisseur test vers Mars. En 2018, un véhicule d’exploration sera déposé sur la planète afin de rechercher, entre autres, des traces de vie à la surface de Mars.

Et demain…

Fin 2016, le centre multilatéral de recherche « Synchrotron - Light for Experimental Science and Applications in the Middle-East » (SESAME) doit entrer en service en Jordanie. Avec sa source lumineuse synchrotron de la troisième génération, il permettra d’analyser les détails de l’atome et de découvrir des structures invisibles. L’anneau de stockage des électrons mis gratuitement à disposition par l’Allemagne en 2007 a été la première pierre de cette installation initiée par l’UNESCO.

Le laser européen à électrons libres XFEL est en cours de construction à Hambourg depuis 2009 et doit entrer en service en 2017. Avec ses éclairs de rayons X ultra-courts, il offre aux scientifiques des possibilités de recherche uniques au monde. Ces éclairs de rayons X permettent entre autres d’analyser les détails atomiques des virus et des cellules et de réaliser des images en trois dimensions du nano-monde. L’Allemagne est le plus grand détenteur de parts dans ce projet international, gérant les bâtiments et le fonctionnement de l’installation.

Le centre international d’accélération des particules FAIR et en cours de construction à Darmstadt et doit entrer en service en 2022. C’est l’un des plus grands projets de recherche en physique fondamentale au monde, dix pays y participent. La composition de la matière et la naissance de l’univers doivent être étudiées dans le détail avec ses faisceaux ioniques et ses antiprotons extrêmement intenses. Le centre devrait pouvoir accueillir quelque 3.000 chercheurs venant de pays les plus divers.