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ScanPyramids : les instruments du CEA à l’épreuve du désert égyptien

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Par publié le à 08h10

ScanPyramids : les instruments du CEA à l’épreuve du désert égyptien

Le CEA a observé les muons traversant la Pyramide de Khéops pendant 60 jours sans interruption.

Dans le cadre de la mission ScanPyramids, le CEA a utilisé sa technologie de muographie dans les conditions particulièrement difficiles du désert égyptien. Ecarts de températures, vent, sable... Tous les ingrédients hostiles à l'électronique étaient réunis! L'occasion pour les chercheurs d'éprouver leur appareil et de l'améliorer pour le rendre plus résistant.

Trois équipes de scientifiques ont observé une nouvelle cavité au cœur de la pyramide de Khéops, la plus grande de celles du plateau de Gizeh, en Égypte. La découverte a été révélée le 2 novembre dans le cade de la mission ScanPyramids. Pour cela, trois techniques différentes de muographie ont été utilisées : celles des chercheurs de l’université de Nagoya et du laboratoire KEK au Japon, et celle de l'équipe du Commissariat à l’énergie atomique (CEA). Si les deux premières équipes ont installé leurs instruments à l’intérieur de la pyramide, dans la chambre de la Reine, le « télescope » du CEA était situé à l’extérieur dans des conditions particulièrement difficiles. L’occasion pour les chercheurs d’éprouver leur appareil. « Les instruments fabriqués par les japonais ne pouvaient pas être utilisés à l'extérieur, assure Sébastien Procureur, ingénieur-chercheur au CEA et coauteur de l’article paru dans la revue Nature. Ils n'ont pas été faits pour résister à de telles conditions. »

Les pires conditions pour l'électronique

Vent, sable, hautes températures… L’électronique a été soumise à rude épreuve. Le pire pour elle étant les gros écarts de températures avec 45°C le jour et 15°C la nuit. « Le plus difficile est de faire des instruments qui résistent à autant de cycles chaud-froid, précise M. Procureur. C'est presque pire que les hautes températures constantes. » Testés dans des fours à 60°C, les instruments ont été conçus pour éviter au maximum la dilatation mécanique. Des couches isolantes thermiques ont été installées, et le tout enveloppé dans de grosses valises pour limiter la quantité de sable à l’intérieur. Même si une tente a été installée pour protéger les équipements, le vent est parfois coriace sur le plateau de Gizeh. « La tente s’est envolée plusieurs fois, s’amuse Sébastien Procureur. Une fois, même, jusqu’au Sphinx. »

Les « télescopes » du CEA captent des muons. Issues des chocs entre les rayons cosmiques et les molécules de la haute atmosphère, ces particules viennent frapper le sol. Leur propriété intéressante pour l'imagerie ? Elles pénètrent aisément la matière. La muographie consiste à reconstruire la trajectoire des muons et permet d’observer des différences de densité dans la matière traversée. Pour cela, les « télescopes » du CEA utilisent plusieurs couches de détecteurs gazeux, composés principalement d’argon. Frappés par les muons, les atomes d’argon sont ionisés : des électrons leur sont arrachés. Enregistrés sur quatre couches successives, ces évènements permettent de retracer la trajectoire de la particule.

Quatre fois moins de muons

Positionnés devant la face Nord de la Pyramide, les instruments du CEA ont reçu les muons qui entraient par la face Sud, traversait la Pyramide et ressortaient par la face Nord. Comme le précise Sébastien Procureur, cette position excentrée ne facilite pas l’observation : « L'inconvénient, c'est que comme nous regardions à environ 30° au-dessus de l’horizon, nous avions quatre fois moins de muons que les équipes japonaises qui étaient à l’intérieur et juste en dessous de la chambre observée. » Car les muons arrivent de l’atmosphère. Leur flux est maximal à la verticale et décroit quand on s'en éloigne. Il est nul à l’horizontal.

Même si les instruments ont très bien fonctionné, l'équipe du CEA envisage des axes d’amélioration. Notamment au niveau de l’alimentation en argon : « Pour le moment le gaz est contenu dans une petite bombonne externe. Nous aimerions faire un système complètement scellé que nous pourrions remplir suffisamment de gaz afin de tenir 3 à 6 mois. »

Utilisés pour la première fois en 1955 par un australien qui cherchait à déterminer la masse de roche au-dessus du tunnel qu’il creusait, les muons ont déjà tenté de déceller les secrets des Pyramides : en 1967,  Luis Walter Alvarez s'en servait pour sonder la pyramide de Khéphren. Celle-ci est sur la liste des futures inspections de la mission ScanPyramids. Un retour qui permettra sans doute d’améliorer encore une technologie qui n’intéresse pas seulement l’archéologie et les monuments historiques, mais aussi le génie civil et les géosciences.

 

A revoir : notre dossier sur la mission ScanPyramids

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