Dans quelques jours, le Grand collisionneur de hadrons du CERN s'apprête à entrer dans une phase d'arrêt technique de plus de trois ans. L'objectif : préparer la transition vers le LHC à haute luminosité (HL-LHC), qui multipliera considérablement le nombre de collisions produites. Pour y faire face, le détecteur ATLAS doit être profondément transformé. Photo : Nicolas Morange/IJCLab
Au cœur de cette évolution : l'électronique de lecture du calorimètre à argon liquide. Conçue dans les années 1990, avec la participation d’IJCLab et installée dans les années 2000, elle n'est plus en mesure de traiter le volume de données et de résister au niveau de radiation qu'implique la haute luminosité. Elle doit être intégralement remplacée.
Prototype du calorimètre d’ATLAS installé au CERN, construit en 1991 à IJCLab (ex Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire), Orsay. Photo : Dominique Longieras/IJCLab
Des puces conçues pour l'extrême
IJCLab a pris en charge les circuits intégrés spécifiques (ASICs) de l'électronique frontale, chargés d'amplifier et de mettre en forme les signaux issus du calorimètre. Ce travail a été mené en collaboration avec le laboratoire Omega (CNRS Nucléaire et Particules) et le Brookhaven National Laboratory (BNL), aux États-Unis.
Lancé en 2016, le projet a mobilisé les équipes sur toutes les étapes : définition des spécifications, participation aux cycles de tests et de caractérisation des prototypes successifs. La puce finale, baptisée ALFE, est une conception commune de BNL et Omega, fabriquée dans une technologie 130 nanomètres par le fondeur TSMC.
Gros plan de l'insertion d'une puce ALFE dans le socket de test. Photo : Nicolas Morange/IJCLab
40 000 puces testées en six mois
Une fois la production complète commandée et encapsulée, le défi consistait à tester 80 000 puces ALFE pour identifier celles utilisables dans le détecteur : au moins 50 000 devaient être conformes. IJCLab et BNL se sont partagé la tâche à parts égales.
BNL a fourni les cartes électroniques de test. IJCLab a développé le système robotisé permettant la manipulation, le tri et l'analyse des puces à grande échelle. Deux installations identiques ont été déployées dans les deux laboratoires.
Lancés fin octobre 2025, les tests du lot IJCLab se sont achevés en moins de six mois : 40 000 puces examinées, 95% déclarées aptes au service. Un résultat qui témoigne de l'excellence de la production.
Vue du bras robotisé transportant une puce ALFE vers son emplacement de destination après le test. Photo : Nicolas Morange/IJCLab
La suite : cartes de calibration et cartes frontales
Le système robotisé va être rapidement reconverti pour tester d'autres circuits, cette fois destinés à la carte de calibration du calorimètre d'ATLAS. Les équipes d'IJCLab s'attaqueront ensuite aux grandes cartes électroniques frontales, sur lesquelles les puces ALFE seront intégrées.
Vue d'ensemble du système robotisé de test des puces ALFE. Au premier plan en bas, aperçu du réservoir de vide qui sert au système d'aspiration des puces. Au fond à gauche, l'ordinateur contrôlant l'ensemble du système robotisé et des systèmes de test des puces. La page de suivi de la production journalière est affichée. En fonctionnement normal 3 plateaux de 189 puces sont testés chaque jour. Photo : Nicolas Morange/IJCLab