Début 2026, l’Irfu a remis la version finale du Livre#4 décrivant l’accélérateur linéaire du projet ICONE au Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (MESR), aux directeurs scientifiques adjoints des CNRS Physique, CNRS Nucléaire et Particules et CNRS Chimie, ainsi qu’aux directeurs de la Direction de la Recherche Fondamentale (DRF) du CEA, de son Institut Rayonnement-Matière (Iramis) et de son Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (Irfu).
Ce document marque l’aboutissement de deux années d’Avant-Projet Détaillé (APD), menées en collaboration avec les équipes du DACM et du DIS, ainsi qu’avec des partenaires du CNRS/LPSC Grenoble et de l’INFN Legnaro. Cette étape structurante consolide les choix techniques, les performances attendues et la maîtrise des coûts et des risques du futur accélérateur.
ICONE : une source compacte de neutrons pour la France
Le projet ICONE (Installation COmpacte de NEutrons) s’inscrit dans le concept d’une technologie innovante : une nouvelle génération de sources de neutrons basées sur des accélérateurs de protons de forte intensité appelé HiCANS (High Current Accelerator-driven Neutron Sources).
Icone vise ainsi à doter la France d’une source nationale de neutrons accessible, complémentaire aux réacteurs de recherche comme l’Institut Laue-Langevin (ILL) et aux grandes infrastructures européennes telles que l’European Spallation Source (ESS).
Porté par le CEA et le CNRS avec le soutien du ministère de la recherche, ICONE s’inscrit dans cette évolution en fournissant une installation nationale de neutronique ouverte aux communautés scientifiques et industrielles désireuses de parfaire leurs recherches et développements. Plus compacte et flexible, cette installation permettra d’explorer la structure intime des matériaux de manière non destructive, un enjeu crucial pour la physique fondamentale, la chimie, mais aussi pour les industries de l’énergie et des nouveaux matériaux.
L’installation ICONE
ICONE offrira aux chercheurs et ingénieurs la capacité d’explorer les matériaux grâce à la diffusion neutronique. Elle reposera sur :
- un accélérateur linéaire de protons de haute intensité ayant une énergie de sortie de 25 MeV avec une évolution possible à 40 MeV, un courant crête de 80 mA
- deux cibles de production de neutrons : une cible dite « Haut Flux » et une cible dite « Haute Résolution » permettant à plusieurs expériences de se faire en parallèle dans des domaines de physique différents
- un ensemble de 12 instruments exploitant l’interaction des neutrons avec les matériaux, réparti sur 2 salles.
- deux bâtiment personnels avec une zone technique et une zone de bureau
L’APD
Remis en début d’année, l’avant-projet détaillé (APD) permet de définir les grandes lignes du projet notamment la technologie utilisée, les applications scientifiques visées et de préciser tous les aspects techniques, financiers et organisationnel afin de valider sa faisabilité et préparer la phase de construction.
Les documents de l’APD d’ICONE sont constitués de 6 livres qui détaillent les choix technologiques et managériaux pour la construction de l’instrument de recherche ICONE :
- Livre 1 : La science faite sur ICONE,
- Livre 2 : les instruments neutroniques d’ICONE,
- Livre 3 : Les ensembles cible-modérateurs-réflecteur d’ICONE,
- Livre 4 : L’accélérateur linaire d’ICONE,
- Livre 5 : L’infrastructure d’ICONE,
- Livre 6 : Le management de la construction d’ICONE.
Les équipes de l’Irfu ont été particulièrement actives sur le livre 4 concernant l’accélérateur linéaire d’Icone. Mais, elles furent également impliquées sur le livre 3.
L’accélérateur linéaire (Linac) conçu par l’Irfu
Fort de l’expérience acquise sur des projets internationaux d’envergure (ESS, SPIRAL2, LINAC4), les équipes de l’Irfu (départements DACM et DIS) ont conçu une machine sur mesure répondant aux exigences ICONE tout en optimisant les coûts de développement, réduisant significativement les risques technologiques, garantissant les performances nécessaires à l’exploitation scientifique.
L’accélérateur comprend les sous-systèmes suivants :
- Source de protons qui produit un faisceau continu de 80 mA à 75 keV.
- LEBT (Low Energy Beam ligne Transfer) : une ligne qui assure la mesure, la découpe et l’adaptation du faisceau vers le RFQ.
- RFQ (Radio Frequency Quadrupole) qui regroupe le faisceau en paquets et l’accélère jusqu’à 3,6 MeV.
- MEBT (Medium Energy Beam ligne Transfer) qui adapte le faisceau au DTL.
- X-DTL qui accélère le faisceau jusqu’à l’énergie finale de 25 MeV où 2 technologies différentes ont été étudiées une basé sur un DTL (Drift-Tube Linac) classique de type Alvarez, l’autre basés sur une suite de cavités de type IH-DTL (Inter-digital H-mode DTL).
- HEBT (High Energy Beam ligne Transfer) qui guide, sépare et met en forme les faisceaux vers les deux cibles.
Vu 3D de l’accélérateur linéaire incluant une des deux lignes de distribution du faisceau vers la cible haute résolution (crédit CEA)
Le projet ICONE-Linac à l’Irfu
L’Avant-Projet Détaillé (APD) du linac du projet ICONE a mobilisé une équipe d’une trentaine de personnes pendant deux ans, selon une organisation structurée en work packages (WP) typique des grands projets d’accélérateurs. Cette organisation, illustrée dans la figure ci-dessus, s’appuie sur une coordination centrale et des groupes d’expertise transverses afin de couvrir l’ensemble des aspects scientifiques, techniques et industriels nécessaires à la conception de la machine.
Le management du lot n°4 assurait la coordination globale du projet, l’ingénierie système ainsi que l’intégration des différentes contributions. Trois pôles principaux constituaient le cœur de ce WP :
- Management et ingénierie système, garantissant la cohérence globale du linac, l’interface entre sous-systèmes et la consolidation du design.
- Dynamique faisceau en charge de la conception et de l’optimisation des performances faisceau de l’accélérateur.
- Conception mécanique et modélisation 3D pour la définition des structures mécaniques, l’intégration des équipements et les études d’implantation.
En parallèle, plusieurs activités transverses mobilisaient des experts de l’Irfu du LEDA, LDISC, LISAH, LCAP, LRI, LEIGE afin d’apporter leur expertise spécifique sur les sous-systèmes critiques de l’accélérateur. Ces contributions concernaient notamment :
- les éléments magnétiques et alimentations,
- les systèmes de refroidissement,
- les systèmes de commande-contrôle,
- les systèmes radiofréquence (RF),
- les systèmes de vide,
- ainsi que les diagnostics faisceau.
Ces expertises transverses ont accompagné l’ensemble des tâches techniques du projet afin d’assurer la cohérence et la faisabilité industrielle de la machine.
Les études se sont structurées autour de cinq tâches principales, correspondant aux différentes sections du linac :
- Tâche 1 – Source et LBE visant à produire un faisceau de protons de 80 mA avec la structure temporelle requise.
- Tâche 2 – RFQ dédiée à la conception du Radio-Frequency Quadrupole permettant l’accélération initiale du faisceau jusqu’à quelques MeV.
- Tâche 3 – MEBT consacrée à la mise en forme et au conditionnement du faisceau ainsi qu’à la qualification du RFQ.
- Tâche 4 – X-DTL visant l’accélération du faisceau jusqu’à environ 25 MeV.
- Tâche 5 – LHE concernant la distribution du faisceau vers les différentes cibles expérimentales.
Au total, une trentaine d’experts de l’Irfu, couvrant l’ensemble des disciplines nécessaires à la réalisation d’un accélérateur de particules (dynamique faisceau, RF, magnétisme, mécanique, vide, diagnostics, contrôle-commande, cryo-refroidissement, etc.), ont contribué à cette phase d’étude.
Grâce à cette mobilisation et à l’expérience reconnue de l’Irfu dans la conception et la réalisation d’accélérateurs linéaires, l’équipe a pu définir l’architecture complète du linac ICONE, établir une estimation détaillée des coûts, et proposer un planning prévisionnel de construction réaliste.
En parallèle des études de conception, plusieurs développements technologiques identifiés comme critiques ont été engagés afin de vérifier leur faisabilité technique et valider les performances attendues pour le futur linac. Ces actions de R&D visaient à réduire les risques associés aux choix technologiques retenus dans le design de la machine.
Ainsi trois développements principaux ont ainsi été lancés :
- Une cavité accélératrice de type IH-DTL (Interdigital H-mode Drift Tube Linac), actuellement en cours de caractérisation expérimentale,
- Une source d’ions de nouvelle génération de type SHILI-3, destinée à fournir les intensités de faisceau requises,
- Un quadrupôle à aimants permanents, développé pour répondre aux contraintes d’intégration et de compacité de la ligne accélératrice.
Ces programmes de R&D ont permis de valider les concepts retenus et d’acquérir les premiers retours expérimentaux, les campagnes de mesures étant toujours en cours afin de confirmer les performances obtenues.
Un jalon stratégique
La livraison de l’APD de l’accélérateur constitue une étape majeure pour ICONE. Elle valide les choix technologiques, les performances atteignables, la cohérence budgétaire, et la trajectoire de réalisation.
Cette validation lance le compte à rebours de la construction pour cette infrastructure qui sera sur le site du CEA Paris Saclay. Le calendrier vise une première phase opérationnelle dès 2034, avec les premiers instruments, pour une mise en service complète de l’installation vers 2037.
Avec ses deux cibles (Haut Flux et Haute Résolution) et ses 12 instruments répartis sur deux halls expérimentaux, ICONE s’apprête à devenir un maillon essentiel de l’écosystème européen de la neutronique. La remise de ce dossier au ministère et aux tutelles scientifiques n’est pas seulement une formalité administrative : c’est le feu vert technologique pour doter la France d’un outil de souveraineté scientifique majeur pour les décennies à venir.
Contact : Didier URIOT
Site Web du projet : https://www.icone-neutron.fr/