KM3NeT
KM3NeT est un télescope à neutrinos situé en Méditerranée. Au lieu de construire un détecteur, il utilise la mer elle-même : des capteurs de lumière sont suspendus à des câbles dans l'eau et attendent qu'un neutrino déclenche un éclair lumineux dans les profondeurs.
Le projet est le pendant européen d'IceCube, au pôle Sud.
Deux installations, deux missions
KM3NeT se compose de deux parties aux finalités distinctes — la même technique, avec seulement des espacements différents entre les capteurs.
ARCA se trouve à une centaine de kilomètres au large de la Sicile, à environ 3 500 mètres de profondeur. Les câbles sont très écartés les uns des autres, afin que le volume surveillé soit le plus grand possible. ARCA recherche des neutrinos venus du cosmos — issus de noyaux actifs de galaxies, de rémanents de supernovae et d'autres accélérateurs cosmiques. C'est de l'astronomie neutrino.
ORCA se trouve au large de Toulon, à environ 2 450 mètres de profondeur. Ici, les capteurs sont rapprochés, afin de saisir aussi des neutrinos de plus basse énergie. ORCA mesure les neutrinos atmosphériques qui ont traversé la Terre et en déduit, via l'effet MSW, la hiérarchie des masses des neutrinos.
C'est ainsi qu'une même conception donne naissance à deux programmes de recherche entièrement différents.
Pourquoi la mer
L'eau de mer est claire, profonde et disponible gratuitement. La colonne d'eau au-dessus arrête la plus grande partie des muons cosmiques, qui recouvriraient sinon tout signal.
Le procédé a aussi des inconvénients. L'eau de mer contient du potassium 40, qui est radioactif et émet ce faisant de la lumière. Et dans les grands fonds vivent des organismes qui produisent de la bioluminescence. Les deux engendrent un bruit de fond permanent qu'il faut soustraire par le calcul.
En revanche, l'eau est optiquement plus claire que la glace et diffuse moins la lumière. La glace antarctique contient des joints de grains et des couches de poussière issues d'époques climatiques passées, sur lesquels la lumière change de direction. KM3NeT détermine donc la direction d'une particule plus précisément qu'IceCube — ce qui est décisif pour l'attribution à une source dans le ciel.
La conception des capteurs
Les capteurs de lumière sont logés dans des sphères de verre d'environ 43 centimètres de diamètre, qui résistent à la pression des grands fonds. Chacune contient 31 petits photomultiplicateurs au lieu d'un seul grand.
Cette forme de construction est une particularité de KM3NeT et a une raison bien concrète : à partir d'une seule sphère déjà, on peut lire de quelle direction la lumière est venue, parce que les tubes regardent dans des directions différentes. En outre, un véritable signal de particule, qui touche plusieurs tubes à la fois, se distingue nettement du bruit d'un tube isolé.
Les câbles sont amenés enroulés sur le fond marin et s'y déploient d'eux-mêmes — une technique qui épargne l'emploi de sous-marins.
Un événement extraordinaire
En février 2025, la collaboration a rendu compte dans Nature d'un événement du 13 février 2023, enregistré dans le détecteur ARCA.
Un muon a traversé l'installation presque à l'horizontale et avec une luminosité extraordinaire. L'énergie estimée du neutrino déclencheur se situe autour de 220 pétaélectronvolts — le neutrino le plus énergétique jamais observé, supérieur de plus d'un ordre de grandeur à ce qu'IceCube avait vu jusque-là.
D'où il provient reste ouvert. Sont possibles un accélérateur cosmique extrêmement énergétique ou un neutrino dit cosmogénique, qui naît lorsque le rayonnement cosmique rencontre le fond diffus micro-onde.
Il est remarquable qu'un événement isolé de ce genre donne lieu à une publication dans Nature. Cela montre à quel point les données restent minces aux plus hautes énergies.
État des travaux
Les deux installations sont étendues par étapes et mesurent déjà pendant ce temps. Cette manière de construire a un avantage : chaque câble ancré en plus agrandit le détecteur sans qu'il faille interrompre l'exploitation.
Notions liées
- IceCube — le pendant dans la glace
- Astronomie neutrino — le domaine de recherche
- Neutrinos atmosphériques — la source pour ORCA
- Rayonnement Tcherenkov — le principe de détection
Sources
- Collaboration KM3NeT : Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT, Nature 638, 376 (2025).
- Collaboration KM3NeT : Letter of Intent for KM3NeT 2.0, Journal of Physics G 43, 084001 (2016).