L'ONERA étudie les rayons cosmiques depuis l'Antarctique

Dans le cadre du projet polaire CHINSTRAP piloté par l'Institut Polaire Français (IPEV), un spectromètre neutron est installé depuis décembre 2015 sur la base Concordia en Antarctique (+ 3233 m, dôme C). Il est venu en compléter deux autres. L'un est déployé au Pic-du-Midi de Bigorre depuis 2010 (+ 2885 m, Observatoire Midi-Pyrénées). Le second a permis de mener une campagne de mesure de plusieurs mois à l'observatoire du Pico-dos-Dias (Brésil, localisé dans l'anomalie Sud-Atlantique), dans le cadre d'une collaboration avec l'IEAv brésilien. ce dernier est depuis revenu à l'ONERA et devrait faire l'objet d'un nouveau projet d'implantation sur le site du radiotélescope ALMA au Chili (+ 5050 m).

La mission de Guillaume Hubert ingénieur de recherche à l'ONERA s'est déroulée de début décembre à mi-janvier 2018. Objectif : conduire une campagne de calibration du spectromètre neutrons installé en 2015 sur la base Concordia. La base se situe en plein cœur du continent Antarctique, plus précisément au sommet de l’Inlandsis (Dôme C) dont l’épaisseur est de l’ordre de 3000 m. Les conditions y sont particulièrement extrêmes, stérile de toute forme de vie biologique, distant de plus d’un millier de kilomètre de la plus proche station côtière (Dumont d’Urville), subissant des températures de l’ordre de -45°C l’été (jusqu’à -85°C durant l’hiver austral) et une raréfaction de l’oxygène due à l’altitude  (+ 3233 m). L’itinéraire pour y accéder est à lui-seul une aventure qui fait étape en Tasmanie, traverse les 40emes rugissants et les 50emes hurlants à bord du célèbre Astrolabe pour s’achever par un vol final en Twin-Otter polaire.

Le montage du spectromètre

Ces spectromètres neutrons permettent de compter les neutrons tout en caractérisant leurs énergies. Les neutrons proviennent de l'interaction des rayons cosmiques venant de l'espace avec les noyaux des atomes de l'atmosphère. L'objectif de cette expérience est l'étude des radiations atmosphériques naturelles et particulièrement de leurs dynamiques saisonnières, en lien avec le cycle solaire ou lors d’éruptions solaires. Ces mesures participent au développement d'un modèle global de l'environnement radiatif atmosphérique et ont pour principaux champs d'applications les effets sur les électroniques embarquées, l'évaluation des doses biologiques, ainsi que l'interface atmosphère/espace.

« Une première campagne menée en 2015 et 2016 a permis son installation et son exploitation opérationnelle en Antarctique. Deux ans plus tard, les premières mesures sont exploitables et ont conduits à plusieurs publications. Une première éruption solaire significative a été observée en Septembre 2017 et l'analyse d'un tel événement par spectrométrie neutron simultanée sur trois observatoires était une première » explique l’ingénieur-chercheur de l'ONERA. Au vue des nombreux résultats et des nombreuses perspectives qu’il ouvre, le projet CHINSTRAP est prolongé jusqu'en 2022.

L'Antarctique est un milieu particulièrement intéressant pour la détection des radiations atmosphériques naturelles, pour des raisons de champ magnétique et d'altitude. La base Concordia est située à 3233 mètres. Suite au prolongement du projet jusqu'en 2022, des actions de maintenance étaient nécessaires : remplacement de certains éléments, calibration, et implantation d'un mode automatique de récupération de données, accessible directement de Toulouse.

Ce premier réseau mondial de spectromètres neutron, associé aux modèles physiques décrivant les rayons cosmiques primaires et les douches atmosphériques, permet de proposer à la communauté scientifique et aux industriels un modèle global tenant compte des conditions de météorologie de l'espace, du positionnement géographique et des conditions saisonnières. Par ailleurs, de nouvelles perspectives émergent, en particulier sur l'évaluation des doses biologiques en milieux polaires et/ou aéronautiques, ou bien encore sur la datation des carottes glaciaires.