Percer le mystère des rayons Pour lever le voile sur les mystérieux rayons cosmiques de haute énergie, une collaboration internationale se concrétise sous la forme d'un instrument géant à l'échelle d'un département: l'observatoire Pierre-Auger.

Remplis de 12 tonnes d'eau très pure, surmontés de deux panneaux solaires et d'une balise GPS, les 1 600 détecteurs de Cerenkov installés sur le sol argentin couvriront un territoire grand comme un département français. DOCUMENT: ©

Le plus grand instrument astronomique mondial n'aura ni miroir géant, ni antenne parabolique. Il se fera même plutôt discret. L'observatoire Pierre-Auger qui devrait commencer à fonctionner dès 2001 ne sera en effet qu'un réseau de petites cuves de 12 m3 disséminées sur le sol argentin. Au nombre de 1 600, elles occuperont un territoire hexagonal de 3 000 km2, soit trente fois la surface de Paris! Dix-neuf pays -dont la France- se sont ainsi lancés dans l'étude d'un des points les plus obscurs de l'astrophysique: celui des rayons cosmiques de haute énergie. On sait, depuis 1912, que la Terre reçoit une incessante pluie de particules provenant de l'espace: plus de 200 par mètre carré d'atmosphère et par seconde. Des particules de plus en plus puissantes ont pu être mesurées mais sans qu'on puisse comprendre ni leur origine , ni leur nature. Ainsi, en 1938, le physicien français Pierre Auger découvrait des particules de 1015 eV (voir encadré). Et, depuis trente-cinq ans, une dizaine d'objets de plus de 1020 eV ont été relevés, ce qui est incompréhensible: rien dans notre galaxie n'est assez puissant pour diffuser une telle énergie. Même si la source est plus lointaine dans l'Univers, le bain de rayonnement fossile issu du big-bang interdirait à ces particules d'acquérir une énergie supérieure à 1019 eV. Déceler les particules secondaires Deux difficultés s'opposent pourtant à l'étude directe des rayons cosmiques. La première vient du fait que, malgré leur formidable énergie, ils ne peuvent pas franchir notre atmosphère. La seconde, c'est que ces événements très énergétiques sont d'autant plus rares qu'ils sont plus puissants: quelques-uns par kilomètre carré et par siècle! En se heurtant à notre atmosphère, les rayons cosmiques produisent une formidable gerbe de particules secondaires. "Ce sont elles que détecteront les cuves de Cerenkov, explique Jean-Michel Brunet, physicien au Collège de France. Dix fois par seconde, elles communiqueront leurs informations à un ordinateur central qui déterminera si ces données correspondent à une particule de très haute énergie. Dans l'affirmative, il sera possible de déterminer l'énergie de la particule, sa direction à un degré près et aussi quelques éléments concernant sa nature." L'étendue du réseau laisse ainsi espérer que l'on pourra observer une trentaine d'événements par an. Pour compléter le système, trois détecteurs "oeil de mouche"* scruteront le ciel nocturne à la recherche de lueurs que laissent parfois ces particules lorsqu'elles heurtent l'atmosphère. "En réalité, l'observatoire n'est pas un projet hautement technologique, précise Jean-Michel Brunet. Il s'appuie sur des techniques éprouvées depuis longtemps. La nouveauté vient plutôt ici de l'ampleur du projet et de la complexité de son réseau informatique." Avec 60 millions de dollars ** -un budget relativement modeste- il a fallu recourir à des solutions économiques. Chaque station est autonome, tant d'un point de vue électrique (elles sont alimentées par des panneaux solaires) que par la gestion de leur activité. Pas question de les relier au laboratoire central par câble. C'est donc la voie hertzienne qui a été retenue. "Sur ce point, le développement de la téléphonie cellulaire nous a beaucoup apporté", avoue le chercheur français qui participe au développement du réseau et à l'analyse des données. Les informations des 1 600 cuves doivent arriver de manière synchrone à l'ordinateur central avec une tolérance de 7 nanosecondes. Une prouesse rendue possible grâce aux satellites GPS qui fournissent à chaque station une référence temporelle suffisamment précise. La conception du réseau est à ce point une réussite qu'il reste sur la bande passante assez de place pour que d'autres scientifiques, géologues ou météorologues bénéficient de cette structure et viennent greffer leurs propres instruments à proximité des cuves. La chasse aux particules est donc lancée. Que cette expérience soit concluante et un second observatoire sera construit dans l'hémisphère Nord, aux Etats-Unis. C'est alors le ciel tout entier qui s'ouvrira à la curiosité des physiciens. *OLIVIER BOULANGER

Focus 1 électron volt (eV) correspond à l'énergie acquise par un électron accéléré dans un potentiel électrique de 1 volt: grossièrement l'énergie que délivre une lampe de poche. Un tube cathodique fournit ainsi une énergie de 1000 eV et les plus gros accélérateurs de particules jusqu'à 1012eV (un "1" suivi de douze "0"). L'observatoire Pierre-Auger s'intéresse à des particules incroyablement plus énergétiques, 1020 eV, soit un milliard de milliard d'eV: des valeurs que nos connaissances actuelles sont incapables d'expliquer.

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