LPENS : De nouveaux outils pour les technologies quantiquesAppui direct à la recherche

Installer un liquéfacteur d’hélium de 2 millions d’euros pendant que le bâtiment de physique de l’ENS est en reconstruction. Agrandir une salle blanche pour accueillir un instrument de 2 tonnes capable de graver des structures nanométriques, alors que le quai de déchargement a disparu... Au Laboratoire de physique de l’École normale supérieure (LPENS, CNRS / ENS-PSL / Sorbonne Université / Université Paris Cité), une équipe de douze ingénieurs et techniciens a relevé ces défis afin de doter les laboratoires parisiens d’infrastructures essentielles aux technologies quantiques. Entre coordination de chantiers hors normes, intégration d’équipements de pointe et maintien des activités de recherche, elle a permis aux chercheurs de disposer d’un accès pérenne à l’hélium liquide et d’outils de nanofabrication parmi les plus performants au monde. Des infrastructures stratégiques dont bénéficient aujourd'hui plusieurs dizaines d'équipes de recherche en physique, nanosciences et technologies quantiques.

En 2016, alors que se prépare la reconstruction du Grand Hall du Laboratoire de physique de l'École normale supérieure (LPENS), un défi colossal se profile rapidement. Comment remplacer des équipements essentiels aux technologies quantiques sans pénaliser durablement les activités de recherche ? « Nous n'avions pas le droit de nous arrêter », résume Jean-Michel Isac, directeur technique du LPENS. Pendant près de dix ans, la réponse prendra la forme d'un travail collectif associant des compétences très diverses : cryogénie, salle blanche, mécanique, logistique, bâtiment, électrique...

Le remplacement du liquéfacteur d'hélium vieillissant, installé dans le Grand Hall, constitue le premier grand défi. Il faut concevoir de nouveaux locaux, déplacer plusieurs centaines de bouteilles d'hélium sous pression et installer près de 7 kilomètres de canalisations reliant plusieurs bâtiments. « Le travail sur les cheminements et les réseaux a été extrêmement lourd, confie Olivier Andrieu, responsable du service cryogénie. Il y a eu des moments de découragement, parce qu'on n'en voyait pas vraiment le bout mais la volonté commune de mener à son terme ce fantastique projet a fini par l’emporter. » La bascule entre l'ancien et le nouveau système n'aura finalement nécessité que deux mois d'interruption, avant une remise en service en 2024.

En parallèle, la salle blanche est agrandie pour accueillir un nouvel équipement de lithographie électronique. Acheminée depuis le Japon, la machine ne peut emprunter les accès habituels, condamnés par le chantier. « Elle est finalement entrée par la porte-fenêtre de l'atelier de mécanique », raconte Aurélien Schmitt, responsable du service Salles blanches. Après avoir traversé le bâtiment et rejoint son emplacement définitif, elle permet désormais de graver des structures de quelques nanomètres, indispensables à la fabrication de dispositifs quantiques de nouvelle génération. Ces deux réalisations offrent aujourd'hui aux chercheurs des outils parmi les plus performants pour la recherche en physique quantique et en nanosciences.