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La muographie en détails

Jean-François Preveraud

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Cette technique mesure la quantité de muons reçue par un capteur dans un laps de temps défini. Elle permet notamment de repérer des cavités au milieu d’énormes quantités de matière, par variation de la densité reçue par le capteur.

Les muons, particules élémentaires de charge négative, qui tombent en permanence sur la Terre à une vitesse proche de la lumière avec un débit d’environ 10 000 par m² par minute, proviennent des hautes couches de l’atmosphère, où ils ont été créés lors de collisions entre des rayons cosmiques issus de notre environnement galactique et les noyaux des atomes de l’atmosphère.

A l’instar des rayons X qui traversent notre corps et permettent de visualiser notre squelette, ces particules élémentaires, sorte d’électrons lourds, peuvent traverser très facilement des roches de grande épaisseur, telles les montagnes. Des détecteurs, placés à des endroits judicieux (par exemple à l’intérieur de la pyramide, sous une possible chambre encore non détectée), permettent, par accumulation dans le temps des particules, de discerner les zones de vide (que les muons ont traversé 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 (pendant plusieurs jours ou mois) pour accentuer les contrastes.

La radiographie par muons est aujourd’hui fréquemment utilisée dans l’observation des volcans, notamment par les équipes de recherche de l’Université de Nagoya. Dans le cadre de la mission #ScanPyramids, trois types de détecteurs ont été développés. L’Université de Nagoya utilise des détecteurs chimiques à base d’émulsions argentiques. Le KEK a développé des scintillateurs électroniques fonctionnant avec un plastique sensible aux muons. Ces instruments ont notamment permis de scanner l’intérieur des réacteurs de la centrale de Fukushima. Quant aux télescopes à muons du CEA, qui a rejoint la mission le 15 avril, ils fonctionnent avec un mélange gazeux à base d’argon. Les scintillateurs électroniques (plastique ou gaz) contrairement aux émulsions chimiques permettent une analyse en temps réel.

#ScanPyramids réunit plusieurs institutions scientifiques internationales dont le CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives/France), l’Université de Nagoya (Japon), le KEK (High Energy Accelerator Research Organization – Tsukuba Japon), l’Université Laval (Quebec Canada).

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.scanpyramids.org

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