Mille sept cents mètres de roche séparent les voitures qui filent dans le tunnel du Fréjus d’un laboratoire où l’on traque les particules les plus fuyantes de l’univers. Installé dans le tunnel routier du Fréjus sous 1 700 mètres de roche, ce qui en fait le laboratoire le plus profond en Europe et l’un des plus profonds du monde, le LSM est en activité depuis 1982. Aucun panneau ne le signale aux automobilistes. Rien, sur la chaussée, n’indique qu’à quelques mètres sous leurs pneus, des chercheurs guettent des événements qui se produisent une fois tous les mille milliards d’années par atome.

L’idée de creuser un laboratoire au cœur d’une montagne n’a rien d’un caprice architectural. L’épaisse couche de roche protège des expériences très sensibles contre les rayons cosmiques chargés qui passent de 8 millions par m2 et par jour à la surface du sol, à 4 par m2 et par jour dans le laboratoire. Deux millions de fois moins de bruit parasite. La montagne agit comme un filtre qu’aucune technologie humaine ne saurait reproduire en surface, à un coût raisonnable en tout cas.

Sommaire

1. Une porte anonyme au milieu du tunnel
2. Ce que la roche permet de voir
3. Un laboratoire qui a changé d’échelle

Une porte anonyme au milieu du tunnel

On n’entre pas au Laboratoire Souterrain de Modane comme on pousse la porte d’un centre de recherche classique. Le laboratoire est accessible via des portes s’ouvrant sur l’abri anti-incendie n°6 du Tunnel du Fréjus, et des places de parking du côté opposé du tunnel permettent de garer les véhicules ; il est nécessaire aux personnels et visiteurs de traverser la voie, munis de gilets de sécurité. Imaginez la scène : un chercheur en gilet fluorescent qui traverse deux voies de circulation internationale, poids lourds compris, pour rejoindre son poste de travail. Le contraste est saisissant, presque comique, entre la banalité du geste et la sophistication de ce qui l’attend derrière la porte.

À l’intérieur, l’espace reste modeste au regard de son ambition scientifique. S’étendant sur 600 mètres carrés, le laboratoire est constamment climatisé pour échapper aux températures importantes dues à la conjonction du fonctionnement des machines et du passage automobile voisin, dans le tunnel. Les moteurs qui vrombissent de l’autre côté de la paroi rocheuse et les détecteurs ultra-sensibles cohabitent dans un équilibre thermique permanent, entretenu jour et nuit.

Ce que la roche permet de voir

Sous cette montagne, les scientifiques cherchent des phénomènes d’une rareté presque inconcevable. Le Laboratoire souterrain de Modane est resté, depuis son ouverture en 1982, le laboratoire de physique fondamentale le plus « profond » d’Europe, et étudie la nature des neutrinos, ces particules si élusives que 60 milliards d’entre elles traversent chaque centimètre carré de notre planète par seconde, sans laisser la moindre trace. Un chiffre qui donne le vertige : à l’instant où vous lisez cette phrase, des dizaines de milliards de ces particules fantômes viennent de traverser votre corps sans même l’effleurer.

La quête ne s’arrête pas aux neutrinos. Les équipes du laboratoire s’intéressent aussi à la recherche de la matière noire, notamment sous la forme de particules nouvelles nommées « WIMPS », et les expériences menées en souterrain à Modane, comme EDELWEISS, ont posé des limites sur la masse possible de ces particules. Aujourd’hui, plusieurs collaborations internationales se partagent l’espace confiné du laboratoire. La plateforme héberge les expériences internationales EDELWEISS, DAMIC-M, NEWS-G et MIMAC pour la recherche de matière noire, et SuperNEMO, CUPID-Mo, TGV pour les recherches de la double désintégration radioactive sans neutrino. Chacune de ces expériences porte un nom qui semble sorti d’un roman de science-fiction, mais chacune traque une réalité physique bien tangible, simplement invisible depuis la surface.

Un laboratoire qui a changé d’échelle

Le site n’a cessé d’évoluer depuis son inauguration. Depuis 2019, le laboratoire souterrain de Modane est une plateforme nationale du Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble, rattachement qui lui a permis de mutualiser des moyens techniques et administratifs avec un institut de recherche bien plus vaste. Une dizaine de personnes travaillent en permanence sur place, épaulées par les équipes grenobloises pour l’ingénierie lourde.

Le combat contre le bruit de fond radioactif reste permanent, y compris contre un ennemi invisible : le radon. Avec une roche dont l’activité moyenne est d’environ 10 Bq/kg et une ventilation de 5000 m3/h, la concentration en radon au LSM est d’environ 15 Bq/m3. Un chiffre dérisoire comparé à l’air ambiant de certaines caves, mais encore trop élevé pour des détecteurs qui cherchent le signal le plus ténu jamais mesuré. À court terme, le LSM prévoit l’installation d’une nouvelle usine anti-radon, composée d’une colonne de 650 kg de charbon actif à -50°C, dont une première version a été mise en service en janvier 2025. Une tonne de charbon actif refroidi à moins cinquante degrés, cachée sous une montagne, pour épurer quelques mètres cubes d’air par heure : voilà l’échelle de précision à laquelle travaille ce lieu.

Le laboratoire ne s’est pas contenté de rester un cénacle de spécialistes. Un espace de médiation scientifique a été ouvert au public, permettant de comprendre, depuis la surface, ce qui se joue littéralement sous les pieds des visiteurs. Une exposition permanente aménagée sur 120 m² permet au public de découvrir une séquence de thèmes allant de l’évolution de la physique à celle de notre univers, jusqu’aux expériences actuelles et aux projets futurs. Une manière de rappeler qu’à quelques mètres du flux ininterrompu de camions et de voitures, dans le silence minéral d’une montagne alpine, se joue une part de la compréhension humaine de l’infiniment petit.

Sources : images.cnrs.fr | modane.fr | maurienne-tourisme.com