Des particules issues des hautes couches de l'atmosphère nous traversent en permanence sans nous affecter. Mieux encore, elles offrent un outil puissant pour détecter des matériaux radioactifs, scanner des volcans ou explorer les pyramides égyptiennes.
En 2017, les tensions géopolitiques ont marqué les esprits avec les annonces de la Corée du Nord sur ses missiles intercontinentaux. Mais une alternative plus discrète, comme l'acheminement par conteneurs maritimes, pose un défi majeur : comment repérer une bombe nucléaire cachée parmi les 500 millions de conteneurs expédiés annuellement ?
Les scientifiques ont développé une technologie innovante utilisant les rayons cosmiques pour scanner les conteneurs en temps réel, sans ralentir le trafic portuaire. Cette méthode repose sur les muons, particules secondaires gratuites fournies par la nature.
Au-delà de la détection nucléaire, les muons servent à inspecter les déchets radioactifs, les réacteurs endommagés comme à Fukushima, ou encore à sonder les structures internes des pyramides et volcans.
Les rayons cosmiques sont des protons et noyaux d'hélium provenant d'explosions de supernovas ou de trous noirs supermassifs. À leur arrivée dans l'atmosphère terrestre, après des millions d'années-lumière, ils génèrent des particules secondaires, dont les muons.
Grâce à leur masse élevée, les muons pénètrent profondément sans déviation significative, traversant personnes, bâtiments et conteneurs. Leur charge négative les fait dévier légèrement en fonction de la densité des noyaux atomiques rencontrés : plus ils sont lourds (comme l'uranium ou le plutonium), plus la trajectoire est altérée.
« Les rayons cosmiques sont idéaux pour détecter l'uranium et le plutonium. »
Cette propriété rend les muons parfaits pour identifier les matériaux denses et radioactifs.
Le principe : des détecteurs placés au-dessus et en-dessous du conteneur enregistrent les muons entrants et sortants. En reconstruisant leurs trajectoires, on localise les zones de forte déviation, indiquant des matériaux lourds.
Les conteneurs sont divisés en voxels (pixels 3D). Le physicien Jaap Velthuis (Université de Bristol) optimise cela en utilisant des boîtes plus grandes, réduisant les calculs intensifs.
Son équipe scanne un petit conteneur en 60 secondes (64 % identifiés comme sûrs), ou 90 secondes (88 %). Pour les grands, les taux sont encore meilleurs. Un scan complet prend au maximum 5 minutes, même pour des charges denses comme des batteries ou moteurs.
Avantages : pas de rayonnements émis (sûr pour aliments ou réfugiés), et impossible de bloquer les muons naturels avec du plomb ou de l'eau.
Une station de test opère à Freeport (Bahamas), mais le déploiement massif dépend du financement.
Les muons aident aussi à évaluer les vieux conteneurs de déchets britanniques des années 1950, remplis de béton sans inventaire précis. L'uranium gonfle, le plutonium forme des cavités : un scan muonique révèle leur état sans ouverture.
L'industrie nucléaire montre un vif intérêt, en attente d'un programme systématique.
Après le tsunami de 2011, les muons permettent d'imager les cœurs des réacteurs sans entrée physique, malgré les radiations élevées. Des chercheurs japonais ont localisé le combustible du réacteur 2 au fond de la cuve, absent du réacteur 1.
« Les muons aident à surmonter la pire catastrophe nucléaire depuis Tchernobyl. »
L'équipe de Christopher Morris (Los Alamos) propose une approche bilatérale pour plus de précision.
Les muons révèlent les cavités internes sans destruction. Le projet ScanPyramids a détecté un vide dans la Grande Pyramide de Khéops (2016-2017), confirmant des espaces suspects.
Pionnier : Luis Alvarez (années 1960). Aujourd'hui, applications volcanologiques au Japon pour évaluer l'humidité des roches et anticiper les éruptions explosives.
« Les archéologues utilisent les muons pour visualiser les espaces cachés des pyramides. »
Les muons transcendent l'astronomie pour des usages terrestres concrets en sécurité, environnement et archéologie. (Article original Eos, avril 2017)
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