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29 noviembre 2022

Le LSC, un laboratoire sous 800 mètres de roche dans les Pyrénées pour comprendre comment tout a commencé

Ce centre de recherche scientifique souterrain situé à Canfranc, au milieu du tunnel du Somport, est l'un des onze centres de ce type dans le monde et le deuxième en Europe. Ses installations abritent des expériences dans différents domaines et des chercheurs de onze nationalités différentes.

Canfranc est un nom qui évoque plusieurs choses à la fois. Du paysage des Pyrénées aragonaises à la majesté de sa gare internationale. De même, les intrigues que cette municipalité a connues pendant la Seconde Guerre mondiale, étant le terrain d’espions. Et, depuis la fin du XXe siècle, la ville d’Alto Aragon est également associée à l’avant-garde scientifique grâce à son laboratoire souterrain, un centre de référence international situé dans le tunnel du Somport, qui relie l’Espagne et la France, sous 800 mètres de la roche qui forme le mont Tobazo. Ce bouclier naturel permet aux scientifiques de travailler isolés des rayons cosmiques et d’étudier des particules aussi particulières que les neutrinos, qui peuvent aider à comprendre les origines de la matière, à se rapprocher de la matière noire ou à comprendre comment les organismes vivants se développent dans un environnement sans rayonnement.

Pour donner un exemple de son poids, il suffit de dire que son personnel permanent est composé d’une trentaine de personnes, mais que ses installations accueillent plus de 250 chercheurs de 51 centres et de onze nationalités différentes. Et, bien sûr, il réalise des expériences de pointe qui placent ce laboratoire dans une position privilégiée. “Il est certainement unique en Espagne et le deuxième plus important en Europe ; c’est un joyau de disposer d’une installation comme celle-ci, qui attire des scientifiques et des ingénieurs du monde entier”, explique le directeur du Laboratoire souterrain de Canfranc (LSC), Carlos Peña Garay.

C’est en 1985 que ce centre a été créé, à l’initiative de scientifiques de l’Université de Saragosse. L’emplacement situé entre l’actuel tunnel routier et l’ancien tunnel ferroviaire, abandonné depuis les années 1970, a été choisi par le groupe de recherche en physique nucléaire du Campus Aragonais pour installer ce qui est aujourd’hui ce laboratoire. Depuis lors, il a été agrandi et rénové et est actuellement le deuxième plus grand de son genre en Europe.

Un parapluie contre les rayons cosmiques

En outre, le LSC est considéré comme un ITCS, c’est-à-dire une installation scientifique technique singulière, comme le superordinateur Mare Nostrum de Barcelone ou le Gran Telescopio de Canarias. Un consortium formé par le ministère de l’économie et de la compétitivité, le gouvernement d’Aragon et l’université de Saragosse gère actuellement le centre.

Ici, jusqu’à vingt expériences de physique, de biologie, de géologie et d’autres branches de la science sont réalisées dans un environnement exceptionnel. “Lorsque les scientifiques et les ingénieurs construisent des détecteurs très sensibles, ce qu’ils vont mesurer à la surface, ce sont principalement les rayons cosmiques”, explique le directeur. “Pour pouvoir utiliser ces détecteurs et découvrir de nouveaux phénomènes ou les caractériser avec une grande sensibilité, il faut les protéger, et c’est ce que nous faisons en mettant un peu de terrain sur le chemin”, poursuit-il. “D’une certaine manière, c’est une sorte de lunettes de soleil ou de parapluie qui élimine le bruit cosmique”, dit-il.

Un parapluie de 800 mètres de roche qui permet, par exemple, de réaliser l’expérience NEXT, actuellement la plus importante expérience du LSC. Elle s’attache à démontrer que les neutrinos “ont une propriété très spéciale”, dit Peña, “ils sont à la fois matière et antimatière”.

A l'intérieur du LSC, à Canfranc. Laboratoire souterrain LSC Canfranc
Intérieur du LSC, à Canfranc.

“En démontrant qu’il s’agit de matière et d’antimatière, nous pourrions expliquer et comprendre comment l’univers, dans la première fraction de seconde, a pu former un peu plus de matière, c’est-à-dire nous, et non notre alter ego, qui est l’antimatière”, ajoute le scientifique.

Pour ce faire, NEXT utilise le xénon 136, un gaz “très spécial”, car son noyau “a une désintégration très rare et spéciale, il émet deux électrons en même temps”. Dans cette émission, en outre, “deux particules que nous connaissons moins et qui sont comme des fantômes” apparaissent, indique le chef du centre. C’est-à-dire : les neutrinos.

Après la matière noire

Le projet ANAIS, dirigé par la chercheuse Marisa Sarsa de l’Université de Saragosse, est l’autre fleuron du centre. “Dans ce cas, elle recherche une composante de la matière qui est très différente de celle dont nous faisons partie”, explique M. Peña. Il s’agit de la matière noire, qui représente pas moins de 84 % de la matière de l’univers. “Nous savons qu’elle existe parce que nous pouvons la ressentir à travers la gravité, mais nous ne pouvons pas la voir”, dit-il.

Ce projet utilise des cristaux d’iodure de sodium et vise à tenter de vérifier ou de réfuter une expérience italienne, DAMA/LIBRA, “qui a observé un signal compatible avec l’existence de la matière noire”, explique le directeur. “Anais est en concurrence avec deux autres expériences dans le monde – une en Corée du Sud et une aux États-Unis – et, en fait, c’est celle qui a le plus d’avance, donc nous sommes très fiers“, dit-il.

Le LSC va au-delà de ces deux enquêtes phares et se configure comme “un hôtel d’expériences avec beaucoup de services”, illustre Peña. Ainsi, le centre fait figure de pionnier dans le développement de domaines “tels que l’étude de ce qu’il advient de la vie en l’absence de muons – une particule chargée semblable à l’électron, mais dont la masse est 200 fois supérieure – et de rayonnement cosmique”.

Canfranc, avec l’Hyper-KamioKande

En parlant de biologie, et lorsqu’on lui demande quel devrait être l’avenir du laboratoire, son directeur répond : “L’une des choses les plus intéressantes que l’on apprend en biologie est que l’avenir, en général, est l’extinction. Et il ajoute : “Tout, en tant que création humaine, finira par s’éteindre, il cessera d’avoir un sens ; nous n’existerons que tant que nous aurons un sens, c’est-à-dire tant que nous aurons cette utilité, qui est de fournir un service à une communauté scientifique qui a des inventions et où il est essentiel ou nécessaire d’avoir une ressource comme celle-ci”.

Un avenir qui, entre autres actions, consiste à être le centre de coordination de la contribution espagnole à la construction de l’Hyper-KamioKande, une gigantesque expérience japonaise qui vise à approfondir notre connaissance des neutrinos et de leurs propriétés.

Ce projet consiste en un réservoir géant d’eau ultrapure de 68 mètres de diamètre et 71 mètres de hauteur qui sera installé au Japon, dans un espace similaire à celui du LSC. “Dans cette obscurité, nous pourrons voir les neutrinos provenant des étoiles et, en observant ces neutrinos, nous pourrons découvrir ce qui se passe à l’intérieur de celles-ci”, explique M. Peña.

Le laboratoire de Canfranc coordonnera les actions auxquelles l’Espagne participera, ce qui représente “3% du budget total” et 10% du budget consacré à la construction du détecteur. “Il y a beaucoup de travail industriel, 75% du budget est destiné à notre industrie pour construire des composants que nous enverrons ensuite au Japon”, conclut-il.

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