I2 : Géoparticules

La faisabilité de l’utilisation de mesures d’atténuation des muons cosmiques (tomographie muonique) pour explorer la structure interne des volcans a été établie et développée sous plusieurs aspects, de l’instrumentation à l’analyse des données. Cela a donné lieu à plusieurs publications. Les données de l’expérience Double Chooz ont permis des études détaillées sur des modèles et des simulations de muons cosmiques, utiles pour la tomographie muonique. Ce thème a été finalisé en 2017 et a fait l’objet d’une publication.

L’analyse des données de l’expérience Borexino pour mesurer les géo-neutrinos, c’est-à-dire les neutrinos produits à partir de l’activité radiogénique à l’intérieur de la croûte et du manteau, véhiculent des informations uniques sur la composition et l’origine de la Terre. L’activité a été dirigée par Romain Roncin pendant sa thèse et a donné lieu à deux publications de la Collaboration Borexino. Un document a également été publié par les membres du GT IPGP sur les modèles géo-neutrino et la comparaison avec les données. L’analyse des données de l’expérience de neutrinos Double Chooz a permis d’évaluer le potentiel des futurs détecteurs pour mesurer la directionalité des neutrinos, ce qui pourrait être pertinent pour les futures mesures de géoneutrino. Cela faisait également partie de la thèse de Romain Roncin.

Le développement instrumental pour les futurs détecteurs de (géo-)neutrinos a été réalisé sur deux aspects : une carte électronique de lecture photomultiplicateur groupée, utile pour les futurs détecteurs à grande échelle, et des techniques de rejet de l’arrière-plan basées sur les propriétés de synchronisation du signal.

Les développements les plus récents du WP I2 ont été axés sur l’application novatrice de la tomographie muonique à l’archéologie. En coopération avec le Laboratoire de géophysique d’exploration de l’université de Thessalonique (Grèce) et d’autres laboratoires en France, un projet interdisciplinaire a été lancé pour étudier la faisabilité de cette technique afin d’explorer les structures archéologiques et, si possible, d’effectuer une première série de mesures comme preuve de concept. Grâce à nos études de sensibilité, nous avons obtenu une autorisation d’exploitation pour installer un détecteur de muons près d’un tumulus à Apollonia, dans le nord de la Grèce. Ce tumulus a déjà été exploré par d’autres techniques comme la tomographie par résistivité électrique, révélant deux structures internes. Pour cette raison, ce tumulus représente un scénario idéal pour effectuer les premières mesures expérimentales afin de prouver les capacités de la tomographie muonique.

L’installation d’un détecteur de muons sur le site d’Apollonia en Grèce a été programmée en 2018. Il a fourni les premières données dédiées à cette application spécifique de la technique de tomographie muon, ce qui permet de valider nos études de simulation et de mieux estimer la sensibilité pour les mesures futures. Vous pouvez retrouver ci-dessous le film réalisé à l’occasion :

Telescopes à muons pour la tomograhie des volcans		Les télescopes construits précédemment sont en cours d’amélioration pour réaliser les expériences du projet. La résolution temporelle de l’électronique du télescope basé en Guadeloupe a été améliorée de 10 ns à 1 ns. Cette amélioration a considérablement augmenté les capacités de détection et de filtrage des particules. En particulier, il est désormais possible d’utiliser un critère de sens de progagation qui permet d’éliminer beaucoup plus efficacement le bruit produit par le flux arrière remontant rencontré sur certains sites de mesure. Le télescope de Guadeloupe vient également de recevoir un vérin et une base tournante qui permettent d’orienter l’instrument très facilement.
Le banc de test MEMPHYNO		Une tomographie du bâtiment a été faite avec les données de l’hodoscope à muons. Le premières données ont été rises avec la carte d’éléctronique pour une matrice de 16 PMTs. Voir les détails sur la présentation et e-Print: arXiv:1306.6865 [physics.ins-det]
L’expérience de neutrinos BOREXINO		La nouvelle analyse des géo-neutrinos est publiée. e-Print: arXiv:1303.2571 [hep-ex]
L’expérience de neutrinos de réacteur DOUBLE CHOOZ		Mesure de la directionalité des anti-neutrinos : Thèse en cours (R.Roncin) Mesure précise du spectre d’anti-neutrinos de réacteur pour l’analyse des oscillations : http://arxiv.org/abs/1207.6632 http://arxiv.org/abs/1301.2948 Simulation détaillée du flux de muons avec le code de simulation MUSIC : http://arxiv.org/abs/1210.3748

En plus de la mission scientifique lors de l’excursion des géoparticules à Appolonia, l’opportunité a été saisie pour réaliser des interviews des membres de l’équipe, images et vidéos de l’expédition et des installations. Ce matériel audiovisuel permet d’explorer plus en détail cette mission fascinante à l’interface entre géosciences, astrophysique et archéologie !

Vous pouvez également retrouver la playlist complète de ces films sur notre chaîne YouTube.

Le film : Etudes géophysiques et des particules subatomiques au tumulus d’Appolonia

Interview de Stavros Katsanevas, Directeur  de l’Observatoire Gravitationnel Européen, EGO, coordinateur général du projet

Interview de Jacques Marteau, IPNL (UMR5822, Université de Lyon/CNRS-IN2P3), enseignant-chercheur, responsable muographie du projet ARCHé

Interview de Gregory N. TSOKAS, Professeur de Géophysique Exploratoire, Laboratoire de Géophysique Exploratoire, Université Aristote de Thessalonique, Coordinateur de l’experience en Apollonia pour le projet ARCHe

Theodoros AVGITAS, Chercheur postdoctoral UnivEarthS, Université Paris-Diderot, prise et analyse des données