La malette « COSMIX »
Le groupe Sciences +, sous l’encadrement de Djafer ADENY et de Florent KIEFFER, a procédé à des mesures précises du taux de muons le long du trajet aller-retour entre Strasbourg et Sainte-Marie-aux-Mines, ainsi qu’en milieu souterrain profond au sein du Centre Tellure. Les muons sont des particules élémentaires produites dans la haute atmosphère terrestre à la suite de collisions entre les protons du rayonnement cosmique et les noyaux d’atomes de l’air. L’objectif principal de cette étude est d’analyser l’atténuation de ce flux de rayonnement naturel en fonction de l’altitude et de l’épaisseur de l’écran rocheux traverse à l’aide de la Mallette COSMIX.
Grâce aux données enregistrées en temps réel par le récepteur GPS intégré au dispositif de mesure et stockées sur la carte SD, le trajet géographique complet reliant Strasbourg à Sainte-Marie-aux-Mines a pu être fidèlement reconstitué. La carte ci-dessous illustre les coordonnées de latitude et de longitude relevées tout au long du parcours.
Figure 1 : Tracé cartographique du trajet GPS réel reliant Strasbourg à la mine.
L’extraction des altitudes à partir des données GPS brutes permet d’établir le profil topographique du trajet. On observe une élévation progressive à mesure que l’on s’approche du massif vosgien, culminant au niveau de la mine de Sainte-Marie-aux-Mines, située à une altitude d’environ 510 mètres.
Figure 2 : Profil altimétrique réel du trajet extrait des données du récepteur GPS.
Le taux de muons est donnée par la détection simultanée des compteurs C1 &C2 et cela afin d’éliminer le plus possible les “faux événements”. Les taux de coïncidences enregistrés par le détecteur COSMIX fluctuent de manière naturelle. L’incertitude associées suit une statistique de Poison, où l’incertitude sur un nombre de comptages N est donnée par sa racine carrée (√N).
Figure 3 : Taux de coïncidences temporelles durant le trajet et barres d’erreurs associées (statistique de Poisson).
L’histogramme ci-dessous présente la distribution statistique des comptages. La majorité des mesures se concentre autour d’une valeur moyenne, confirmant la stabilité globale du flux en surface, contrastant fortement avec les mesures souterraines présentées plus loin.
En prenant comme valeur la plus probable 250 muons toutes les 5 minutes, on arrive à un taux de 0.8 muons par seconde.
Figure 5 : Distribution de fréquence des taux de comptages de coïncidences par intervalles de 5 minutes.
Mais pourquoi faire ces mesures dans une mine ?
Figure 5 : Taux de muons dans la mine.
Lors de la descente dans les galeries de la mine, les mesures mettent en évidence l’effet d’écran massif joué par la roche. Le flux de muons est stoppé de manière drastique par l’épaisseur géologique, démontrant le pouvoir d’absorption de la montagne vis-à-vis des particules cosmiques les plus pénétrantes.
Les mesures réalisées dans la mine montrent que sous environ 100 à 120 m de roche, le comptage des muons peut chuter jusqu’à 0 ou 1 événement en 5 minutes (soit une atténuation supérieure à 99% par rapport à la surface). Les muons cosmiques étant parmi les composantes naturelles les plus pénétrantes du rayonnement, une telle atténuation indique un pouvoir d’écran très important de la roche.
Les rayonnements gamma provenant de l’extérieur, nettement moins pénétrants que les muons, seraient donc eux aussi fortement atténués par une telle épaisseur de roche. Dans un scénario hypothétique de guerre nucléaire, d’accident majeur de centrale ou de retombées radioactives externes, une mine profonde ou un environnement fortement enterré pourrait constituer un abri efficace vis‑à‑vis des rayonnements externes, à condition que l’abri ne soit pas lui‑même contaminé.
| IMPORTANT — Limites de la protection géologique : Cette protection ne concerne pas une contamination introduite à l’intérieur de l’abri : poussières radioactives, eau contaminée, air insuffisamment filtré ou objets contaminés peuvent représenter un risque indépendant de l’écran rocheux. Les principes fondamentaux de radioprotection demeurent alors : limitation du temps d’exposition, augmentation de la distance et utilisation d’un écran protecteur. |
