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Sous la protection de la glace et des océans

Mis à jour le jeudi 16 décembre 1999

OBSERVER des neutrinos tient de l'exploit. Malgré leur nombre, rares sont ceux qui interagissent avec la matière. Heureusement, « lorsqu'un de ces neutrinos frappe un atome, ce dernier explose sous le choc, explique François Montanet, du Centre de physique des particules de Marseille. Le neutrino se transforme alors en un de ses cousins, le muon, une particule chargée électriquement qui est capable de traverser des kilomètres de roche ou d'eau et dont la trajectoire présente l'avantage d'être pratiquement alignée avec celle du neutrino dont elle est issue ».

Si les physiciens et les cosmologistes peuvent détecter ces muons, ils pourront ainsi remonter à l'origine des phénomènes qu'ils veulent observer. Or, dans l'eau, ces muons créent une sorte de « Bang » lumineux analogue au « Bang » sonore des avions qui franchissent le mur du son. Connu sous le nom d'effet Cherenkov, ce phénomène se manifeste sous la forme d'un sillage de lumière dont on mesure l'évolution temporelle grâce à des amplificateurs de lumière (photomultiplicateurs).

Ces appareils plongés dans l'eau sont si sensibles qu'il faut les protéger des rayons cosmiques qui bombardent la Terre. Les premières expériences (Fréjus, Gallex et Borexino au Gran Sasso, Superkamiokande au Japon et SNO au Canada) ont ainsi trouvé place dans des tunnels et des mines profondes. Mais ces sites sont trop exigus pour accueillir les détecteurs de particules de très haute énergie. Seule possibilité : utiliser le milieu naturel, et installer ces expériences au fond des lacs, sous les glaces épaisses du pôle sud et dans les profondeurs des mers et des océans.

La première d'entre elles a été menée près de Hawaï par les Américains, il y a environ vingt-cinq ans. Mais ce Deep Underwater Muon and Neutrino Detector (Dumand) ne fonctionna que quelques heures. Reprenant l'idée, les Russes ont fait la démonstration, imparfaite, qu'elle était viable en installant une série de détecteurs au fond du lac Baïkal. Mais ses eaux sont peu profondes, parfois troublées, et le siège de phénomènes de luminescence dus à des micro-organismes qui noyaient le signal à étudier - l'effet Cherenkov - dans un très gênant bruit de fond.

TROIS CENTS « YEUX »

Aujourd'hui, les Américains travaillent sous les glaces de l'Antarctique, dont l'épaisseur offre une protection efficace aux rayons cosmiques. Des trous de deux kilomètres de profondeur y ont été forés pour l'expérience Amanda. Des sphères de verre abritant les détecteurs de neutrinos ont été descendues. Trois cents de ces « yeux » sont en service. Mille autres devraient l'être d'ici 2002. Seul inconvénient de ce choix : l'inhomogénéité de la glace qui diffuse la lumière et rend difficile la reconstruction de la trajectoire des particules observées.

Les Européens ne sont pas absents de cette course. Même s'ils considèrent que les Américains disposent avec Amanda de 2 à 3 ans d'avance, ils pensent que leur projet (Antares), imaginé en 1996 par les chercheurs du Centre de physique des particules de Marseille (IN2P3-CNRS) et le Dapnia (CEA, Saclay), a quelques avantages. En particulier celui d'être mieux placé pour observer le centre de la galaxie.

CÂBLE SOUS-MARIN

De nombreuses équipes britanniques (Birmingham, Oxford et Sheffield), espagnole (Valencia), néerlandaise (Amsterdam) et russe (Moscou), ainsi que l'Ifremer, ont depuis rejoint le projet Antares, qui, au terme d'un programme de recherche et de développement de trois ans, vient de donner lieu au début de décembre à l'immersion d'une ligne de détection de 350 m de long. Y sont fixées 32 sphères de verre dont 8 contiennent des détecteurs. L'ensemble est relié à la côte par un câble sous-marin fourni par France Télécom.

« Cette opération conclut une première étape, insiste François Montanet, qui nous a permis de maîtriser les techniques de déploiement d'un détecteur sous-marin et d'évaluer les paramètres du milieu : transparence de l'eau, direction des courants, dépôts de sédiments, bioluminescence des micro-organismes et des espèces des grands fonds, salissure des optiques et désintégration du potassium 40 à l'origine de flashes parasites. » Dans une seconde étape, qui coûtera 100 millions de francs financés par le CNRS, le CEA, les collectivités territoriales, l'Europe et des instituts étrangers, un ensemble d'un dixième de kilomètres carrés sera assemblé au large de La Seyne-sur-Mer. Une première ligne de détecteurs sera immergée courant 2001 et douze autres entre 2002 et 2003. Si tout va bien, la construction d'un télescope de détection des neutrinos d'un kilomètre carré pourrait être engagée.

 Page réalisée par les rédactions du Monde, d' El Paiset de la revue scientifique internationale Nature. J.-F. A.



Le Monde daté du vendredi 17 décembre 1999


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