Biodiversité, espace, intelligence artificielle, éducation… Coups de projecteur sur les conférences et rencontres organisées à la Cité des Sciences et de l’Industrie. Aujourd’hui «Raconte-moi le Cern», 70 ans d’exploration de l’infiniment petit, samedi 28 et dimanche 29 septembre 2024.
Comment l’intelligence artificielle peut-elle être utile aux accélérateurs de particules ? Et de manière générale, comment les rendre plus performants grâce aux progrès informatiques de ces dernières années ? C’est le vaste chantier lancé par le Cern (Conseil européen pour la recherche nucléaire), qui a mis en place un groupe de travail nommé EPA pour «accélérateurs de particules efficaces». Plusieurs pistes sont à l’étude, notamment pour automatiser toute une série de tâches quotidiennes aujourd’hui effectuées «à la main».
Le grand collisionneur de particules (LHC) près de Genève est en évolution perpétuelle depuis sa mise en service en 2008 : c’est même inscrit dans son agenda au long cours, qui est une alternance de phases d’activité et de longues périodes de pause, le temps d’y apporter des améliorations techniques pour repartir de plus belle. Les phases d’activités sont appelées «runs» dans le jargon. Le premier s’est étalé de 2009 à 2013, le deuxième de 2015 à 2018, et nous sommes en ce moment au beau milieu du «Run 3», commencé en 2022 et qui devrait courir jusqu’à 2025. Pendant ces années, le tunnel de 27 kilomètres de circonférence fait son job, consistant à propulser des particules de matière à la vitesse de la lumière, pour ensuite tenter de les observer avec des détecteurs géants quand elles entrent en collision. Les particules se brisent et en forment d’autres, très instables, durant une fraction de seconde. Le LHC a ainsi permis à ce jour de découvrir plus de 60 nouvelles particules, qu’on avait seulement prédites par la théorie.
Entre les runs, le grand accélérateur est éteint. Ce sont les périodes de «long shutdown», qui servent à mettre à niveau les équipements pour augmenter le nombre de collision inter-particules. A la fin de cette troisième pause technique, début 2029, le LHC sera devenu tellement plus performant qu’il changera de nom : on le surnommera «LHC à haute luminosité», et il devrait permettre d’accumuler dix fois plus de données que le total engrangé dans le premier chapitre de sa vie.
«Miser sur l’automatisation»
En parallèle de ces mises à niveau prévues de longue date, les scientifiques du Cern ont ressenti le besoin de garder le rythme des avancées informatiques, effrénées ces dernières années. Le monde numérique ne ressemble plus à ce qu’il était quand le LHC a été conçu : on a vu exploser l’usage du stockage de données en ligne (dans le «cloud»), les progrès de la robotique, on a vu arriver les ordinateurs quantiques et les algorithmes d’intelligence artificielle… Autant de technologies extrêmement prometteuses pour rendre les accélérateurs de particules plus puissants, mais aussi plus efficaces, plus faciles à faire fonctionner, et donc plus économes en énergie. Un groupe de réflexion a été formé en 2022, qui a déjà tracé ses grandes priorités : «Nos discussions nous ont conduits à miser sur l’automatisation. Nous parlons ici de recourir à l’automatisation au sens classique du terme, mais également d’utiliser l’IA et l’apprentissage automatique», détaille Verena Kain, responsable du groupe EPA.
L’IA pourrait entre autres aider à mieux prendre en compte la variabilité des champs magnétiques autour des grands aimants du LHC. Leur fluctuation dépend de l’intensité électrique délivrée, mais aussi de l’historique «des états antérieurs de l’aimant», selon Verena Kain, et c’est un paramètre très difficile à modéliser par les scientifiques. Cette variabilité s’appelle l’hystérésis. Pour la prendre en compte, il faut faire «des corrections manuelles coûteuses à la fois en temps et en énergie», explique un communiqué du Cern. C’est là qu’un logiciel d’apprentissage automatique pourrait entrer en jeu : après s’être «entraîné» en enregistrant le comportement des aimants du LHC durant des années, l’algorithme pourrait modéliser l’hystérésis avec plus de précision que les humains.
Mettre les bouchées doubles
Verena Klain propose plus globalement d’automatiser au maximum les opérations quotidiennes au Cern. Il y a encore de quoi faire, car «la plupart des machines à basse énergie, comme le Synchrotron à protons, ont été construites à une époque où les niveaux d’automatisation que nous connaissons aujourd’hui n’étaient même pas envisageables.» On peut désormais confier à des logiciels le contrôle des faisceaux de particules, mais aussi leur planification pour économiser de la main-d’œuvre, selon Verena Kain : «les différents faisceaux du complexe d’accélérateurs étant produits l’un après l’autre, l’extraction d’un faisceau d’une machine et son injection dans la suivante doivent être parfaitement orchestrées pour avoir lieu au bon moment. Il arrive que le programme subisse 20 à 40 modifications par jour, chacune pouvant prendre jusqu’à cinq minutes. Effectuée manuellement, cette tâche représente la majeure partie du travail du centre de contrôle.»
Même dans un des laboratoires de physique les plus avancés au monde, il faut parfois mettre les bouchées doubles pour ne pas se laisser distancer par le progrès… ou par la Chine, qui prévoirait la construction d’un accélérateur géant de 100 kilomètres de circonférence. Le Cern a son propre projet pour préparer la succession du LHC. Le grand collisionneur actuel doit encore fonctionner jusqu’en 2040, puis être remplacé par un «Futur collisionneur circulaire» de 90,7 kilomètres, dont l’implantation prévue sur la frontière franco-suisse, toujours au bord du lac Léman, est en cours d’étude de faisabilité. L’intérêt du projet par rapport à son coût, financier et énergétique notamment, est contesté notamment par des associations environnementales.
