Utiliser les particules cosmiques pour explorer les pyramides
Publié par Redbran le 29/04/2016 à 12:00
Source: CEA
Le CEA en route pour tenter de résoudre le mystère des pyramides d'Egypte.


Muons. Illustration: CEA

Le CEA vient de rejoindre la mission ScanPyramids visant à "scanner", durant une année, les grandes pyramides d'Egypte. Celle-ci recoure à plusieurs techniques non invasives et non destructives pour tenter de révéler la présence de structures internes méconnues à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et...). Le CEA apportera à cette mission internationale son savoir-faire en tomographie muonique, et utilisera des détecteurs gazeux, à micro-pistes, appelés Micromegas.

Rejoignant la mission ScanPyramids, conçue et coordonnée par la Faculté des ingénieurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) du Caire et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) HIP (Heritage Innovation Preservation) sous l'autorité du ministère égyptien des Antiquités, l'Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) sur les lois fondamentales de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) – Irfu) du CEA apporte son expertise dans l'utilisation de détecteurs muoniques. Ceux-ci seront complémentaires à ceux déjà déployés sur place par des experts japonais, et qui ont vocation à être utilisés à l'intérieur des pyramides, tandis que les télescopes du CEA seront utilisés de l'extérieur.

Le CEA-Irfu développe en effet, depuis plusieurs années, des détecteurs gazeux, à micro-pistes, appelés Micromegas, co-inventés par le CERN et le CEA. De plus en plus précis, ils servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) habituellement à reconstruire les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) des particules pour de nombreuses expériences en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) des hautes énergies. Les Micromegas du CEA, permettant de couvrir des grandes surfaces pour un coût raisonnable, ont déjà été utilisés dans des expériences portées par des collaborations mondiales de physique des hautes énergies ou sont déjà sélectionnés pour équiper la prochaine génération d'expériences:
- L'expérience COMPASS étudiant la structure du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) au CERN ;
- L'expérience MINOS qui explore les noyaux exotiques auprès de l'accélérateur du laboratoire Riken au Japon ;
- L'expérience CLAS12 au laboratoire Jefferson (1er faisceau 2017) ;
- L'expérience ATLAS de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) du LHC (prévue en 2018).

C'est donc à partir de ces détecteurs innovants que le CEA-Irfu a conçu des télescopes muoniques spécifiquement dédiés à la mission ScanPyramids. Le cœur des détecteurs est aujourd'hui fabriqué par l'industriel français ELVIA à qui le procédé de fabrication a été transféré. Ces détecteurs sont ensuite assemblés, testés puis intégrés aux télescopes à Saclay, au sein des laboratoires du CEA.

La tomographie muonique, une technologie qui mesure les particules cosmiques

Les muons, qui tombent en permanence sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...) à une vitesse (On distingue :) proche de celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) avec un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant...) d'environ 10 000 particules par m2 et par minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le...), proviennent des hautes couches de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) où ils ont été créés lors de collisions entre des rayons cosmiques issus de notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) galactique et les noyaux des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) de l'atmosphère.

A l'instar des rayons X qui traversent notre corps et permettent de visualiser notre squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la base de l'evolution des vertébrés. Celui ci leur a fourni un avantage sélectif conséquent suite au...), ces particules élémentaires, sorte d'électrons lourds, peuvent traverser des roches de grande épaisseur, telles les montagnes.

Des détecteurs, placés à des endroits judicieux (par exemple à l'intérieur de la pyramide (Une pyramide (du grec pyramis) à n côtés est un polyèdre formé en reliant une base polygonale de n côtés à un point, appelé l'apex, par n faces triangulaires (n...), sous une possible chambre encore non détectée), permettent, par accumulation dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) des muons, de discerner les zones de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) (que les muons ont traversées sans interagir) et les zones plus denses où certains d'entre eux ont pu être absorbés ou déviés.

Tout l'art de la mesure consiste à réaliser des détecteurs extrêmement sensibles, puis à accumuler suffisamment de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) (pendant plusieurs jours ou mois) pour accentuer les contrastes. Des équipes de recherche japonaises utilisent des scintillateurs plastiques pour effectuer la radiographie (La radiographie est l'ensemble des techniques permettant de réaliser des clichés à l'aide de rayons X des structures internes d'un patient ou d'un composant mécanique...) par muons des volcans ainsi que des réacteurs de la centrale de Fukushima. Plusieurs types de détecteurs à muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et négative. Les muons ont une...) existent. Les détecteurs électroniques (utilisant des milieux ionisants à base de plastique scintillant ou de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) comme Micromegas), contrairement aux émulsions chimiques, permettent une analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister entre les...) en temps réel.

A propos de la mission ScanPyramids

La mission ScanPyramids, lancée en octobre 2015, est conçue comme une mission sur le long terme mêlant différentes disciplines des mondes de la recherche et de l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou...) industrielle.

Elle a un double objectif:
- Faire évoluer la connaissance sur les pyramides de l'Ancien Empire ;
- Offrir un terrain d'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant de l'affiner. Elle est...), de confrontation au réel et d'évolution à des technologies innovantes qui, pour certaines, sortent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) juste des laboratoires de recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche...).

La mission vise à "scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer »...)", durant une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), les grandes pyramides d'Egypte (Kheops, Khéphren, la pyramide rhomboïdale et la pyramide rouge) en combinant des méthodes de détection non invasives et non destructrices portées par des institutions scientifiques internationales: la thermographie (L'AFNOR définit la thermographie comme la « technique permettant d'obtenir, au moyen d'un appareillage approprié, l'image thermique d'une scène thermique observée dans un...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) (Université Laval, Québec), la radiographie par muons (Université de Nagoya (Nagoya (????; -shi) est la quatrième plus grande et la troisième plus prospère des villes du Japon. Situé sur la côte Pacifique dans la région du Chubu, au...) et High Energy Accelerator Research Organization – Japon ; ainsi que le CEA-Irfu) et la reconstruction en 3D réalisée par des appareils photographiques embaqués sur des drones.?? Voir le site de la mission ScanPyramids

Pour plus d'information voir:
- Le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) officiel (FR)
- Une vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un...) présentant la mission ScanPyramids
- Première imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main,...) du château (Un château est à l'origine une construction médiévale destinée à protéger le seigneur et à symboliser son autorité au sein du fief. Les premiers châteaux...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de Saclay réalisée avec le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant...) à base de Micromegas
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