Programme de R&D

(Quelques images des bateaux utilisés pour les essais et les immersions de lignes)

Le déploiement d'un détecteur tel qu'ANTARES nécessite une connaissance parfaite des conditions environnementales. Un important programme de recherche et développement à été conduit ces dernières années dans les domaines suivants :

transparence de l'eau;
bruit de fond optique;
salissures des modules optiques;
mesures des courants sous-marins;
conditions météorologiques pour le déploiement des lignes de détection;
logistique à terre et disponibilité des moyens pour l'installation.

Lignes pour l'évaluation des sites

Un programme détaillé de mesure in-situ a été conduit depuis octobre 1996. L'essentiel des mesures ont été faites sur le site final du détecteur; au large de Toulon, (42 $^{\circ}$ 50' N, 6 $^{\circ}$ 10' E) à 2400 mètres de profondeur (Cf. cartes). Des mesures de bruit de fond optique ont également été faites à 20 miles nautiques au large de Porto, en Corse (42 $^{\circ}$ 22' N, 8 $^{\circ}$ 15' E) à 2700 m de fond.

Global Site Map : From Marseilles to Fréjus.Excerpt from map "N0 7204 P" Reproduced with authorisation N0 892/97 from " Service Hydrographique et Océanographique de la marine (S.H.O.M) - Brest (France) "

Différentes lignes instrumentées autonomes ont été construites pour mesurer les paramètres du site ANTARES. Plus de 20 déploiements et récupérations de ces lignes ont été effectués.

Trois types de tests génériques existent comme illustré ci-dessous. Chaque test est incorporé à une ligne ancrée au fond de la mer et maintenue verticale par une bouée. Les systèmes de mesure qui peuvent atteindre 50 mètres de haut sont placés à environ 100 mètres au dessus du fond de la mer. Les mesures peuvent durer jusqu'à un an.

Toutes les mesures faites jusqu'à maintenant confirment que le site choisi est adapté au déploiement d'ANTARES.


Étude de l'atténuation de la lumière	Étude du bruit de fond optique	Étude des salissure des modules optiques.

Propriétés optiques du site

Bruit de fond optique

Quelques photos de créatures émettant de la lumière au fond de l'océan.

La mesure de l'émission Cerenkov des muons peut être perturbée par des émissions lumineuses parasites (désintégration du potassium-40 présent dans l'eau de mer et créatures marines bio-luminescentes). Les caractéristiques de ce bruit de fond optique (fréquence, intensité) ont été mesurées pour des périodes variant de quelques heures à plusieurs mois. Les deux figures ci-dessous montrent le taux de comptage du bruit de fond optique en fonction du temps. Sur la figure du haut, on voit une composante constante, en partie due au désintégrations du potassium-40, à laquelle se superpose des émissions sporadiques interprétées comme le passage de créatures marines à proximité du détecteur. La figure du bas montre la distribution de la fréquence en kHz de ce bruit de fond. On a pu montrer que l'émission lumineuse parasite est corrélée à la force du courant.

Time dependence of the counting rate.

Salissure des modules optiques

Lors de leur exposition au milieu marin, les équipements sont salis par la combinaison de deux phénomènes. Tout d'abord, des organismes vivants, essentiellement des bactéries, s'accrochent sur les surfaces exposées et s'y développent. Elles constituent un film organique collant mais essentiellement transparent. Ensuite les sédiments qui tombent vers le fond de la mer s'accrochent à ce substrat, diminuant la transparence des sphères de verre qui abritent les photomultiplicateurs.

Light transmission as a function of time and polar angle. La figure ci-contre montre la perte de transparence sur un module optique à différentes position. La courbe notée 90 est celle qui détermine la perte de transparence à l'horizontale au bout de 250 jours. Cette perte est de l'ordre de 1% et sera moindre dans la configuration choisie pour ANTARES (photomultiplicateurs pointant à 45° sous l'horizontale).

D'autre mesures ont été faites avec des pièges à sédiments (sorte de réceptacles qui reçoivent les sédiments sur leur trajet vers le fond de la mer). On a pu ainsi étudier les variations de sédimentation en fonction de la période de l'année.

Transmission de la lumière dans l'eau

La transparence de l'eau affecte la distance sur laquelle un muon peut être vu. De nombreuses mesures ont été faites pour déterminer la longueur d'atténuation (perte d'intensité) et la longueur de diffusion de la lumière dans l'eau (la diffusion de la lumière a pour conséquence de retarder l'arrivée des photons Cerenkov émis par les muons, ce qui peut s'avérer gênant pour déterminer leur trajectoire).

Conditions météorologiques

Pour assurer le déploiement et la récupération de lignes instrumentées, quelques jours consécutifs de mer calme sont requis. Par exemple, les opérations de déploiement et de récupération de lignes dans la période de juin à septembre 1998 avec le Castor nécessitaient une houle de moins de 1,5 m et un vent de moins de 25 nœuds (force 5 sur l'échelle de Beaufort).

Des mesures diverses (bouées en mer, mesures du vent sur l'île de Porquerolles, et mesures satellitaires faites depuis 1992) ont montré que des périodes de 3 jours consécutifs de conditions favorables arrivent moins de 5 fois par mois entre octobre et avril et plus de 5 fois par mois de mai à septembre.

Inspection du site ANTARES

La force et la direction des courants marins doivent être prises en compte pour la définition de la structure mécanique des lignes de détection. L'ensemble des mesures effectuées montrent que les courants ne dépassent pas 18 cm/s. Cette valeur a été retenue dans le cahier des charges.

Une inspection visuelle et bathymétrique (mesure de la profondeur) a été conduite en décembre 1998 par le Nautile. Aucune anomalie topographique n'a été détectée sur le site ANTARES (Cf. courbe ci-dessous). Le fond est constitué d'une boue solide bien adaptée au détecteur.

Site survey map