Cosmix présent sur la prochaine rotation du Marion Dufresne

A l’atelier des deux infinis et en TPE, Pauline, Liz et Pierre, élèves de première S, travaillent depuis plusieurs mois sur un projet fascinant : étudier les variations du rayonnement cosmique dans l’océan indien, et vérifier l’effet de latitude caractéristique de ce flux de particules.

Pour cela, l’idée a été de faire embarquer Cosmix, le petit détecteur de rayonnement cosmique dont l’atelier des deux infinis dispose depuis 2014, sur le Marion Dufresne, lors de la prochaine rotation du 4 au 29 décembre de ce bateau qui relie La Réunion entre autres aux îles Crozet et Kerguelen, et qui appartient aux Terres Australes et Antarctiques Françaises (TAAF),

     

Avec les cautions scientifiques de Laurent Serin, directeur de recherche au CNRS et parrain de l’atelier, et de Nicolas Arnaud, également chercheur au CNRS et responsable pédagogique national de l’opération « Cosmos à l’école », en plus de l’autorisation de Mme Isabelle Lemarchand, chef d’établissement, le dossier présenté vendredi par les trois élèves a reçu un avis favorable de Mme Evelyne Decorps, Préfète et Administratrice Supérieure des TAAF, suite également aux recommandations de la Délégation Académique aux Affaires Culturelles (DAAC) du Rectorat, et de son professeur-relais, Martial Azalbert, ainsi que de Sciences Réunion. Des remerciements sont adressés à toutes ces personnes et organismes, qui ont soutenu ce projet original et innovant, qui sera également présenté au prochain concours national C Génial Lycées 2019, ainsi qu’à Mme Nelly Gravier, chargée de communication aux TAAF, et Mme Christine Geoffroy, secrétaire générale.

Ce dossier contenait également une courte présentation de leur projet :

 

Quel est l’intérêt d’une telle mesure ?

Dans les années 1925, la polémique fait rage entre deux grands physiciens américains, Robert Millikan, persuadé que l’origine de la décharge des électroscopes par ionisation était dû à des rayons gamma (donc neutre) de haute énergie, l’appelant « rayonnement cosmique », et Arthur Compton, persuadé au contraire qu’il s’agissait d’un flux de particules chargées.

 

Seule l’expérience permet de départager ces deux points de vue, car les particules chargées, contrairement au rayonnement, doivent être déviées par le champ magnétique terrestre. Ainsi, plusieurs expéditions et voyages en bateau sont organisés à travers le monde, et des dizaines de stations de mesure sont installées partout sur la planète. Une dizaine d’années plus tard, la communauté scientifique donne raison à Compton : le rayonnement cosmique, le mal-nommé, est bien constitué de particules chargées.

En 1936, l’écossais Carl Anderson, découvre qu’au niveau du sol, ce flux de particules est essentiellement constitué de muons, semblable aux électrons, chargés négativement comme eux, mais environ 200 fois plus lourds. Cette découverte d’une nouvelle particule plongera alors la communauté scientifique dans un grand embarras : « Qui a commandé cela ? » s’exclamera le futur prix Nobel Isidor Isaac Rabi.

Il faudra l’avènement du modèle standard de la physique des particules dans les années 1960 pour comprendre que le muon est en réalité une particule élémentaire, qui interagit très faiblement avec la matière. Peu de temps avant, le français Pierre Auger avait mis en évidence le processus de formation de ces muons, par l’interaction des particules chargées primaires (essentiellement des protons) avec les noyaux des atomes constituant les molécules de l’atmosphère terrestre.

 

Comment vérifier cet effet de latitude ?

Avec Cosmix, petit mais très efficace détecteur de muons cosmiques, il devrait être possible de vérifier la faible augmentation du flux moyen de ces muons cosmiques lors du prochain trajet du Marion Dufresne de La Réunion aux iles Crozet et Kerguelen. En effet, sur un parcours de 28° de latitude environ, à vitesse modérée, et en restant bien évidemment à la même altitude et sans aucune présence de relief, autres paramètres influençant d’ordinaire ce flux, l’acquisition de mesures en grand nombre et en continu devrait permettre statistiquement de faire émerger ce faible effet de latitude. Ce sont environ 3 millions de lignes de données (une par détection) qui seront à dépouiller au retour de Cosmix le 29 décembre.

 

Ce ne sera pas la première fois que l’atelier des deux infinis met en évidence cet effet : il l’a déjà mesuré lors des voyages des deux inifnis avec une différence de flux observé en métropole, par rapport à celui mesuré à La Réunion, mais également en Laponie finlandaise ou encore lors d’un déplacement aux Comores. Mais dans chaque cas, même en corrigeant des variations d’altitude, on pourrait aussi interpréter les faibles différences observées dans les mesures par des différences d’absorption du flux de muons par le relief ou les bâtiments alentours. Il n’est donc pas facile de bien contrôler tous les paramètres d’une telle expérience et d’en tirer des conclusions certaines. Ce devrait être le cas lors de la mesure effectuée sur le Marion Dufresne.

La plus belle mesure déjà réalisée pour vérifier cet effet l’a été dans les soutes d’un avion long-courrier Réunion – Paris, avec une diminution du flux de muons lors du vol de croisière à 30000 pieds, donc à altitude constante, en allant de La Réunion vers l’équateur, comme le montre la courbe ci-contre (si le flux était constant, le cumul du nombre de détections suivraient la droite tangente à l’origine (en bleu). Or, les mesures (en noir) s’en écartent, en-dessous de cette droite, preuve de la diminution de ce flux.

 

En souvenir de Paul de Martin de Viviés

Pauline est l’arrière petite-nièce de Paul de Martin de Viviés, météorologue né en 1906. Explorateur, il a entre autres dirigé en décembre 1949, il y a 69 ans, l’expédition à l’origine de la création de la base scientifique de l’île Amsterdam, une des îles constituant les Terres Australes et Antactiques Françaises, base qui porte son nom depuis son décès en 1971. Paul poursuivra sa carrière dans les institutions météorologiques internationales, notamment comme secrétaire de la présidence de l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM) dépendant de l’ONU, et basé à Genève. Il fut honoré du titre d’officier de la légion d’honneur.

Sur cette prochaine rotation du Marion Dufesne, sera également présent Philippe de Martin de Viviés, l’oncle de Pauline, conservateur-restaurateur et expert en corrosion de biens culturels ou archéologiques, qui fera le trajet pour une mission scientifique d’étude de la corrosion des barraques métalliques Fillod, présentes sur l’île Crozet depuis 1928.

 

Avec Cosmix à bord, cette rotation du Marion Dufresne établira donc un lien entre plusieurs générations de scientifiques dans la famille de Pauline, qui, peut-être, suivra elle-même la ligne ainsi tracée, dans la belle et grande histoire des TAAF.