Regarder l'intérieur de la Terre avec les neutrinos
Qu’est ce qui rapproche les sismologues et les physiciens ?
Si l’imagerie sismique a permis de révéler la structure complexe de l’intérieur de la Terre avec de plus en plus de détails, son interprétation en termes d’hétérogénéités thermochimiques reste ambiguë lorsqu’on se base uniquement sur les vitesses sismiques. Dans ce contexte, nous proposons d’explorer les neutrinos atmosphériques comme sonde complémentaire de l’intérieur de la Terre.
L’expérience IceCube est située au pôle Sud, au-dessus d’un réseau de photodétecteurs, représenté sur l’image ci-contre. @IceCube Collaboration, Université du Wisconsin, NSF
Produits en continu par les interactions des rayons cosmiques dans l’atmosphère, les neutrinos atmosphériques traversent la planète presque sans entrave, tout en subissant des oscillations de « saveur » influencées par la densité électronique le long de leurs trajectoires. Comme la densité électronique dépend à la fois de la densité de masse et de la composition chimique, les observations de neutrinos offrent une sensibilité aux propriétés des matériaux à l’intérieur de la Terre.
Dans des travaux récents, nous établissons le cadre théorique nécessaire pour intégrer les mesures d’oscillation des neutrinos dans une future inversion conjointe avec des données sismiques, afin de mieux contraindre la densité électronique de l’intérieur de la Terre. Nous sommes notamment capables de calculer l’impact de faibles perturbations de la densité électronique sur les taux de neutrinos attendus, étape indispensable à une inversion.
Dans notre étude, nous montrons que les détecteurs de neutrinos de nouvelle génération, tels que KM3NeT/ORCA, Hyper-Kamiokande et DUNE, seront sensibles aux perturbations de la densité électronique terrestre. Ces détecteurs présentent notamment une sensibilité accrue au manteau. Cette sensibilité pourrait permettre de distinguer des variations de composition chimique.
Notre groupe rassemble des compétences en sismologie (N. Fuji (IPGP), S. Durand (LGL-TPE)), en géodynmaique (E. Mittelstaedt (University of Idaho), Y. Deniz (University of Idaho)) en physique des neutrinos (I. Goos (IPGP), V. van Elewick (APC), J. Coelho (APC)) et en méthodes inverses afin de développer de nouvelles approches pour l’imagerie de l’intérieur de la Terre.
