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Dossiers de presse

 

Paris, le 7 juin 2004

 

Conférence internationale Neutrino 2004

Une particule longtemps énigmatique en passe de livrer ses secrets

 Le communiqué de presse

 


 

Qu’est ce qu’Antares ?

Le neutrino est une particule qui interagit très peu avec la matière et nécessite donc d’instrumenter de très grands volumes pour être détecté. Le nombre d’événements détectés est si faible qu’il est nécessaire de se protéger du rayonnement cosmique qui constitue un bruit de fond important. Les physiciens d’Antares(1) ont eu l’idée d’immerger leur détecteur par 2 500 m de fond en mer Méditerranée. L’épaisseur d’eau sert à la fois de protection contre les rayonnements cosmiques et de milieu révélateur des neutrinos. C’est la trace lumineuse de plusieurs centaines de mètres de rayonnement Tchérenkov(2) laissée dans l’eau par le passage d’un muon, particule chargée issue de la rencontre rarissime d’un atome de matière et d’un neutrino, que l’on détecte. Le télescope Antares, qui devrait être opérationnel en 2006, sera un réseau de 900 capteurs optiques installés le long de 12 lignes verticales de 450 m de haut. Chaque ligne comportera 25 étages de 3 photomultiplicateurs. L’ensemble déployé sur une surface de 100 x 100 m2, couvrira un volume de 10 millions de m3. La mesure du temps d’arrivée des photons de lumière Tchérenkov permettra de connaître la direction d’émission du neutrino et d’en identifier l’origine.

 

À quoi va servir Antares ?

Avec Antares, les physiciens feront de l’astronomie "neutrino", complémentaire de l’astronomie gamma : ils observeront l’Univers et étudieront le rayonnement cosmique de très haute énergie.
L'essentiel de notre connaissance de l'Univers provient de l’observation des photons. Mais les photons s'échappent difficilement des régions denses et chaudes des étoiles, des noyaux actifs de galaxie et autres sources très énergétiques qui peuplent l'Univers. Ces régions ne peuvent donc être étudiées directement. L'observation de l'Univers en photon à haute énergie (au-delà de 10 TeV, c'est-à-dire, 10 000 milliards d'électron-volts) se limite aux distances inférieures à 300 millions d'années lumières (notre galaxie a une taille d'environ 100 000 années-lumière et l'Univers 12 à 15 milliards d'années-lumière). Seule l’observation du ciel par détection des neutrinos peut permettre d’observer l'intimité des objets astrophysiques lointains et obtenir une description de l'Univers sur de grandes distances. De plus, la présence de rayons cosmiques de très hautes énergies laisse à penser que des neutrinos de très haute énergie doivent être produits dans l'Univers. Mais les rayons cosmiques qui atteignent les couches supérieures de l'atmosphère terrestre ont été déviés et ralentis par le milieu intergalactique. Leur production dans l'Univers doit être beaucoup plus importante que ce qui nous est permis d'observer avec les détecteurs terrestres. L'origine exacte des rayons cosmiques est inconnue. L'astronomie neutrino offre la possibilité d'observer le cœur des sources astrophysiques les plus énergétiques de l'Univers. Enfin, la matière manquante de l’Univers pourrait être constituée de particules s’annihilant entre elles au cœur des objets massifs où elles seraient piégées, comme la Terre, le Soleil ou le centre de la Galaxie. Antares pourrait détecter les neutrinos produits lors de ces annihilations.

 

Le site

Le site d’Antares, choisi pour la qualité de son eau, est au sud de l’île de Porquerolles (Var). Une boîte de jonction assure l’interface entre les lignes et un câble électro-optique sous-marin, long de 40 km, qui relie le détecteur à une station à terre, située à la Seyne sur Mer. Ce câble distribue l’énergie nécessaire au fonctionnement des lignes du détecteur et collecte les données pour leur transmission à terre.

 

Un observatoire pluridisciplinaire

Antares est aussi un observatoire sous-marin pluridisciplinaire permanent susceptible d’intéresser les sismologues, les biologistes et les chercheurs en sciences de la mer. En effet, une ligne supplémentaire spécifique, constituant une plate-forme pouvant accueillir des instruments de mesure variés (courantomètres, thermomètres, sondes de salinité, détecteurs de bioluminescence, sismographes, etc.) sera installée aux côtés des 12 lignes de détections de neutrinos. Cette 13e ligne fournira des données indispensables sur les propriétés océanographiques permettant une interprétation correcte des données enregistrées par le détecteur de neutrinos. Cette ligne pourra être utilisée pour l’étude de la lumière émise par les espèces marines bioluminescentes, par exemple.

 

Une construction par étape

Initié en 1996 par le Dapnia du CEA et le Centre de physique des particules de Marseille (CPPM) de l’IN2P3 (CNRS), le projet est aujourd’hui conduit par une collaboration internationale regroupant plus de 150 chercheurs, ingénieurs et techniciens issus d’une quinzaine de laboratoires européens.
De 1996 à 2000, les physiciens se sont attachés à démontrer la faisabilité technique du projet (étude du milieu marin, maîtrise des opérations de mise à l’eau, choix des composants du détecteur final). La mise en place des équipements sur le site a démarré en novembre 2001 avec le déploiement du câble électro-optique de 40 km reliant le détecteur à la côte. L’opération majeure de connexion à la boîte de jonction a été réalisée avec succès en décembre 2002.
Respectivement, en décembre 2002 et février 2003, deux lignes prototypes, l’une équipée de 15 capteurs de lumière et l’autre équipée d’instruments océanographiques, ont été déployées. Elles ont été raccordées à la boîte de jonction en mars 2003. Toutes ces connexions ont été réalisées par le Nautile, le sous-marin grand fond de l’Ifremer. Les données recueillies ont permis de valider les choix technologiques qui vont être mis en œuvre dans le détecteur final, dont le déploiement débutera l’année prochaine après une dernière phase de tests cet automne. La construction et le déploiement des 12 lignes se poursuivront progressivement pendant 2 ans et le détecteur sera terminé courant 2006.

 

Un défi technologique

Les défis techniques à relever dans ce projet sont nombreux, la mer constituant un milieu hostile pour l’immersion prolongée des instruments : la houle perturbe le déploiement des structures mécaniques du détecteur, les courants font onduler les lignes, la corrosion de l’eau salée est redoutable, les salissures se développent à la surface des optiques, le matériel doit résister à des pressions de plusieurs centaines de fois la pression atmosphérique, les animaux marins bioluminescents parasitent les données recueillies par les détecteurs.
Un projet de l’envergure d’Antarès attire des scientifiques du monde entier et sollicite de nombreuses collaborations industrielles. C’est un projet structurant et interdisciplinaire qui permettra des avancées scientifiques notables et contribuera au développement technologique et économique de la région. En collaborant à la construction et à la mise en place de ce détecteur, certaines entreprises feront des progrès technologiques, par exemple dans le domaine de l’instrumentation marine.

 

La concurrence

Antares n’est pas le seul télescope à neutrinos. Dans le lac Baïkal et au Pôle Sud, Russes et Américains disposent d’appareils semblables en fonctionnement. Mais le détecteur russe est modeste en taille et n’est immergé qu’à mille mètres de profondeur. Le détecteur américain est emprisonné dans la glace dont les propriétés optiques sont moins favorables que l’eau de mer pour l’astronomie neutrino. Le site choisi par Antares ne souffre d’aucun de ces deux défauts et, placé dans l’hémisphère nord, il permettra d’observer la Voie Lactée, un lieu naturellement riche en sources potentielles de neutrinos de haute énergie.

 

(1) Astronomy with a neutrino telescope and abyss environmental research
(2) Une particule chargée, lorsque sa vitesse excède celle de la vitesse de la lumière dans l’eau, excite les molécules d’eau qui en se désexcitant émettent de la lumière, la lumière Tchérenkov. C’est cette lumière bleue que l’on observe dans les piscines des réacteurs nucléaires, issue des particules émises par la radioactivité. C’est également cette lumière qui permet d’observer les muons dans Antares.

 

Contact chercheur

  • Thierry Stolarczyk, Tél : 01 69 08 66 26

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