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Matière

Terre

Physique des particules

Des muons en Islande

10.01.2023, par

Jacques Marteau et La rédaction

On vous emmène au pied du Snaefellsjökull, un volcan islandais cher à l’écrivain Jules Verne mais aussi aux chercheurs de l’Institut de physique des deux infinis (IP2I). Leur objectif ? Obtenir des images des entrailles du volcan. Et ainsi suivre en direct sa dynamique et l’évolution de l’épaisseur de son glacier. Embarquement avec le physicien Jacques Marteau, lauréat de la médaille de l’innovation 2022 du CNRS, qui utilise une technique innovante d’imagerie de l’intérieur des structures : la muographie.

Jacques Marteau est physicien à l’IP2I (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), à l’origine de la création de la start-up Muodim en 2021. Son équipe a réalisé plusieurs missions au dôme de la Soufrière, en Guadeloupe, et équipé de détecteurs plusieurs tunneliers du Grand Paris express pour aider leur avancement en phase de creusement.

Islande, volcan Snaefellsjökull, face sud. C’est là que Jules Verne situe l’entrée de son célèbre « Voyage au centre de la Terre », récit fictionnel publié en 1864. Mais aujourd’hui, pour les chercheurs, il s’agit surtout d’un site capital pour l’étude de la volcanologie et de la glaciologie.

Carol Müller / CNRS Images

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Avant de s’y rendre, les scientifiques de l’IP2I, à Lyon, mettent la dernière main à leur détecteur de muons. Ces particules sont produites naturellement dans l’atmosphère. Et la lumière qu’ils induisent en traversant les épaisseurs de matière permet d’obtenir des images de l’intérieur des structures, comme le font les rayons X en imagerie médicale. Le détecteur est ici dûment testé pour éviter toute perte de données lors de la mission.

Carol Müller / CNRS Images

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Fin prêt, le détecteur a été expédié en Islande avec l’aide précieuse de scientifiques islandais. Avant sa mise en place, Jacques Marteau et Jean-Christophe Ianigro de l’IP2I assemblent ici les plans de détection du « trajectographe à muons » sur une structure métallique.

Carol Müller / CNRS Images

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Une fois monté, le détecteur doit encore être calibré. La procédure est ici effectuée sur la base Malarrif, au cœur du parc national du Snaefellsjökull. Pour cela, le détecteur est pointé au zénith afin de mesurer le flux de particules sans obstacle à leur propagation. Cette valeur de référence, spécifique à ce lieu, sa latitude, son altitude, ses conditions atmosphériques, etc., permettra d’éviter de futures erreurs d’interprétation des données.

Carol Müller / CNRS Images

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Assemblé et calibré, le détecteur de muons est recouvert d’une bâche pour l’abriter des pluies et des vents intenses de la région. Il peut enfin être transporté près du Snaefellsjökull pour commencer le suivi temporel de la dynamique du volcan et de l’évolution de l’épaisseur de son glacier.

Carol Müller / CNRS Images

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À l’abri sous sa bâche blanche, le détecteur est placé dans une position éloignée du volcan pour réaliser une première image test. Il sera ensuite rapproché de la cible pour obtenir une résolution de meilleure qualité.

Carol Müller / CNRS Images

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Le détecteur, solidement amarré, pointe vers le sommet du volcan Snaefellsjökull. La distance au sommet est d’environ 6 kilomètres, ce qui permet de visualiser à la fois les entrailles du volcan, son sommet et le ciel pour effectuer les corrections dynamiques des images.

Carol Müller / CNRS Images

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Sur cette première « image » obtenue grâce au détecteur, la partie du bas correspond à l’ombre du volcan, tandis que, derrière celui-ci, la forme jaune donne une impression de soleil couchant. L’image montre l’acceptance du détecteur, c’est-à-dire l’ensemble des trajectoires de muons qui se trouvent dans son champ de visée. Elle est la « première brique » du travail de génération des nombreuses images à reconstruire.

Jacques Marteau, IP2I

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Le glacier sommital du volcan, au point le plus élevé, dont l’épaisseur maximale ne dépasse plus 200 mètres, sera l’enjeu d’une deuxième phase de mesures. La fonte du glacier est en effet précipitée par le changement climatique, rendant son accès difficile, voire dangereux. Or la muographie permet de localiser à distance la frontière glace-roche et d’en déduire l’épaisseur de glace résiduelle et son évolution en fonction du temps.

Carol Müller / CNRS Images

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Pour ces mesures sur le glacier sommital, il faudra acheminer le matériel en altitude sur un terrain réservant parfois des surprises, comme cette baraque de téléski désaffectée qui servira d’arrimage au détecteur. Peu de chance en revanche de tomber sur l’entrée du centre de la Terre décrite par Jules Verne dans son roman du XIXᵉ siècle !

Carol Müller / CNRS Images

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