• Géophysique: des données de l’expérience IceCube montrent que d’ici une dizaine d’années il sera possible d'estimer certaines caractéristiques de la Terre grâce aux neutrinos!____¤201811

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Neutrino tomography of Earth» ont été publiés dans la revue Nature Physics, a permis, à partir des données de l’expérience IceCube, installée au pôle Sud et principalement dédiée à l’étude du cosmos via les neutrinos, de tester une méthode qui sera, d’ici une dizaine d’années, en mesure de livrer des estimations de certaines caractéristiques de la Terre.

     

    Rappelons tout d'abord que «les ondes sismiques ont jusqu'ici été le principal outil des géophysiciens pour étudier la structure interne de la Terre», car comme «la vitesse de propagation de ces ondes dépend notamment de la densité des matériaux qu’ils traversent», il est possible «de déterminer par exemple la taille du noyau, du manteau et de la croûte terrestre».

     

    Par ailleurs, «l’idée d’utiliser des neutrinos pour sonder l’intérieur de la Terre avait été proposée dès les années 1970». Cependant, «il existe plusieurs façons d’exploiter à cette fin les neutrinos, selon leur origine»: ainsi, dans les années 1980, il a été proposé «de mesurer les neutrinos de faible énergie émis par la radioactivité naturelle du manteau et de la croûte terrestre», tandis qu'en 2008, il a été proposé d’utiliser d’autres neutrinos: «ceux produits par les rayons cosmiques qui bombardent en permanence la haute atmosphère terrestre».

     

    Cette deuxième façon est basée sur le fait que «lorsqu’une de ces particules de très haute énergie percute une molécule de l’atmosphère, de nombreuses autres particules sont créées, dont des neutrinos dits atmosphériques». Parmi eux, «ceux qui se dirigent vers le sol pénètrent dans la planète et, le plus souvent, la traversent».

     

    Il se trouve que «les détecteurs de l’expérience IceCube captent une infime fraction de ces neutrinos et estiment leur énergie et leur direction d’origine», des paramètres qui «conditionnent ce qui advient à un neutrino produit dans l’atmosphère», car «la probabilité d’interaction d’un neutrino avec la matière, très faible en général, dépend de son énergie».

     

    D'autre part, la géométrie et la composition de la Terre ont une influence: par exemple, «un neutrino formé à l’antipode d’IceCube aura un parcours particulièrement long à l'intérieur du globe terrestre et traversera le noyau, très dense», ce qui lui donnera «plus de chances d’être absorbé qu’un neutrino arrivant en biais, dont le trajet au sein de la Terre est plus court et ne passe pas nécessairement par le noyau».

     

    Éclairé par ces principes, l'étude ici présentée a «déterminé le flux de neutrinos détectés en fonction de leur énergie et de l’angle d’incidence» à partir «des données enregistrées par IceCube entre 2011 et 2012». Ensuite, «grâce à ces mesures et en se fondant sur un modèle simplifié de la structure de la Terre, qui représente celle-ci comme un oignon à cinq couches de densités constantes», la densité de chaque couche a été estimée.

     

    Ces résultats ont alors «permis de calculer la masse de la Terre (6,0 × 1024 kilogrammes), celle du noyau et le moment d’inertie de la planète». Les valeurs trouvées «sont en accord avec les valeurs établies par d’autres méthodes, si ce n’est que les incertitudes sur les estimations obtenues par cette nouvelle approche sont encore très grandes (supérieures à 20 %)». Néanmoins, cela qualifie cette méthode pour étudier dans l'avenir l'intérieur de la Terre.

     

     


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