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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 12 mars 2010

 

Borexino détecte des géo-neutrinos

 

Des anti-neutrinos provenant des profondeurs de la Terre, appelés géo-neutrinos, ont été détectés dans l’expérience Borexino, installée dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso (dans les Abruzzes, en Italie) et à laquelle participe une équipe de l’IN2P3/CNRS. Ces géo-neutrinos témoignent de l’origine radioactive d'une grande partie de la chaleur de la Terre et pourraient à terme donner de précieux indices sur la structure des couches géologiques formant notre planète.

 

Les géo-neutrinos sont produits par les désintégrations de l'uranium et du thorium contenus dans la Terre, et ce, jusqu'à des milliers de kilomètres sous la croûte de celle-ci.
Ces désintégrations contribuent pour une part importante à la production de la chaleur contenue dans notre planète. Cette chaleur, qui est responsable des mouvements de convection dans le manteau de la Terre, est directement liée à l'activité volcanique et aux mouvements des plaques (et donc aux tremblements de terre). Elle est aussi le moteur du champ magnétique terrestre.
La détection de géo-neutrinos est donc une preuve de l'origine radioactive d'une partie importante de la chaleur de la Terre. Même si le nombre d'interactions de géo-neutrinos détectées ne permet pas de trancher entre les différentes hypothèses et les différents modèles, l'hypothèse de la présence d'un réacteur nucléaire au centre de la Terre, et source de chaleur de celle-ci, est quant à elle fortement infirmée.

Dans l'expérience Kamland, située au Japon et utilisant un détecteur similaire à celui de Borexino mais trois fois plus volumineux, des géo-neutrinos avaient déjà été détectés mais avec un signal moins clair que dans le cas de Borexino du fait d'un important bruit de fond dû à la radioactivité intrinsèque du détecteur et aux anti-neutrinos provenant de réacteurs nucléaires proches (200 km).
Le détecteur Borexino, situé comme Kamland dans un laboratoire souterrain pour réduire le bruit de fond dû aux rayons cosmiques, est davantage éloigné des réacteurs nucléaires (500 km pour le plus proche). Le bruit de fond dus à ceux-ci est alors fortement réduit.
Mais le principal atout de Borexino, expérience dédiée à la détection de neutrinos solaires de basse énergie, reste le niveau inégalé de radiopureté, atteint grâce au développement de techniques spécifiques.

Les résultats de Kamland et de Borexino sont néanmoins complémentaires puisqu'ils permettent d’explorer des configurations géologiques différentes. Le développement d'expériences de ce type, utilisant la détection d'anti-neutrinos, en différents points du globe pourrait permettre d'étudier les structures des diverses couches formant la Terre, et ce, quelle qu'en soit la profondeur, en comparant les modèles théoriques développés aux données recueillies.

Borexino est le fruit d’une collaboration entre l’Italie, l'Allemagne, les États-Unis, la Russie, la Pologne et la France.
En France, un groupe de chercheurs du laboratoire Astroparticules et cosmologie (APC)(1) participe depuis plus de 10 ans à cette expérience. Les chercheurs de l’IN2P3/CNRS y ont notamment développé, en collaboration avec l'Institut Kurchatov de Moscou, une électronique spécifique de numérisation des signaux, dédiée à présent principalement à la détection dans Borexino de neutrinos induits par une éventuelle explosion de supernova. Une étude du bruit de fond des géo-neutrinos, dont celui dû aux anti-neutrinos émis par les centrales nucléaires, a également été effectuée à l’APC. Les réacteurs nucléaires français étant la source de près de 40% de ce type de bruit de fond, il a été possible, grâce à EDF, d'obtenir des informations très précises sur les paramètres de fonctionnement de ces centrales (moyenne de la puissance thermique quotidienne et composition du combustible des coeurs), lesquels permettent de calculer avec précision le flux attendu d'anti-neutrinos de réacteurs dans le détecteur. Les informations sur les autres centrales nucléaires européennes ont été fournies par l'AIEA(2).

La prise des données de l'expérience Borexino va se poursuivre dans les années à venir. L’accumulation de statistiques et les études sur la réduction des erreurs systématiques permettront ainsi d'obtenir un signal de géo-neutrinos encore plus significatif.

 

Borexino : vue interne. Crédit : Collaboration Borexino

 

(1) CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris
(2) International atomic energy agency

 

Contact chercheur

  • Michel Obolensky, Tél : 01 57 27 69 64
  • Hervé de Kerret, Tél : 06 75 12 88 15
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