Objectifs scientifiques
Les moniteurs à neutrons sont des instruments anciens (conception 1964), standardisés, qui mesurent les neutrons issus de réactions nucléaires que déclenchent dans l’atmosphère terrestre les protons et ions du rayonnement cosmique avec des énergies de quelques GeV. Ces instruments sont utilisés de par le monde en tant qu’outils de recherche et, de façon croissante, en météorologie de l’espace. La base de données NMDB (www.nmdb.eu), qui a été créée en 2008-09 dans le cadre d’un projet financé par l’Union Européenne, diffuse maintenant les données de la grande majorité du réseau mondial des moniteurs à neutrons. Un grand nombre de moniteurs à neutrons, dont les deux moniteurs gérés par la France, fournissent des données en temps réel (un taux de comptage et des paramètres météorologiques par minute).
Pour la recherche, ce sont les instruments qui mesurent les particules les plus énergétiques pouvant être accélérées dans l’atmosphère solaire. Ils sont de ce fait un complément indispensable des mesures dans l’espace qui s’arrêtent en général aux alentours de 0,1 GeV. Pour cette raison les moniteurs à neutrons sont le complément haute énergie des mesures des sondes Parker Solar Probe et Solar Orbiter, qui sont les projets majeurs des recherches en relations Soleil-Terre des années 2020-2030.
Pour la météorologie de l’espace, Le LESIA utilise les moniteurs à neutrons pour surveiller les doses de radiation du personnel navigant de l’aviation civile, ce qui est une obligation légale en France. Dans ce cadre, le LESIA coopère avec l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire).
Le LESIA pense que les moniteurs à neutrons ont une perspective de fonctionnement sur au moins une dizaine d’années. Les différents éléments du réseau mondial sont complémentaires : un moniteur individuel « voit » les particules au-dessus d’une énergie de coupure qui est déterminée par le champ magnétique de la Terre. La combinaison des moniteurs à différents endroits et donc avec différentes coupures d’énergie permet alors de mesurer le spectre d’énergie des rayons cosmiques primaires et aussi leur distribution angulaire. Les deux moniteurs français contribuent à la couverture de l’hémisphère sud de la Terre, qui est plus éparse qu’au nord, notamment à cause des grandes surfaces couvertes par la mer. Le moniteur des Iles Kerguelen est situé sur une des rares terres émergées de sa région.
Description technique
Les moniteurs à neutrons aux Iles Kerguelen et en Terre Adélie sont de conception ancienne. Ils ont été installés dans les années 1960 par le laboratoire des rayons cosmiques de Verrières le Buisson. Ils fonctionnent sous différentes tutelles depuis lors, mais aujourd’hui le personnel technique compétent n’existe plus. Bien que les instruments soient robustes, comme le montre le bon fonctionnement du réseau mondial (une cinquantaine d’instruments), des pannes commencent à survenir. Elles concernent notamment l’électronique des instruments. Le système d’acquisition a été renouvelé il y a environ 10 ans par un ingénieur de l’IPEV, parti en retraite en 2018.
Le LESIA a besoin d’établir les connaissances nécessaires pour évaluer l’état des moniteurs à neutrons et surtout de l’électronique de gestion des détecteurs (électronique de proximité, numérisation et transfert des données).
La DT-INSU interviendra pour :
- établir un bilan de l’état technique des instruments,
- développer un inventaire de jouvence et maintenance des instruments pour les 10 années à venir et le budget.
La DT-INSU est sollicitée pour son expertise de l’opération d’instruments scientifiques dans les régions sub-antarctique et antarctique.
Contact DT : Nadir Amarouche
Contact LESIA : Ludwig Klein