Muographie

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La muographie est une technique d'imagerie qui produit une image en projection d'un volume cible, en enregistrant un flux de muons, l'enregistrement se faisant soit de manière électronique soit de manière chimique sur des plaques revêtues de matières sensibles aux particules chargées. Les rayons cosmiques qui frappent l'atmosphère terrestre génèrent des muons, résultant d'une réaction nucléaire entre ces rayons et les atomes de l'atmosphère. Ces flux de muons sont très pénétrants et des millions de ces particules traversent le corps d'une personne, chaque jour.

La muographie utilise les muons en détectant le nombre de ces particules qui traversent le volume cible afin de déterminer la densité et l'épaisseur de sa structure interne, inaccessible. La radiographie par rayon X fonctionne selon le même principe, mais le pouvoir pénétrant des muons étant plus fort que le rayonnement X, le volume des cibles analysables est plus important. Toutefois, les muons dès lors moins susceptible d'être stoppés ou perturbés par la matière qu'ils traversent, il faut faire passer beaucoup de muons au travers de la cible pour obtenir une image. Et moins le milieu traversé est dense, plus il faudra de muons. De la sorte, l'image obtenue présentera des teintes différentes selon la densité relative du matériau traversé. Les données ainsi obtenues sont interprétées par des moyens de traitement, les muographes, qui permettent d'obtenir des représentations graphiques compréhensibles, les muogrammes.

Les télescopes à muons utilisent cette technique de photographie pénétrante, notamment pour scanner des volcans ou des monuments (pyramides).

Étymologie[modifier | modifier le code]

Deux explications sont concurrentes. L'une donne la combinaison de « muon » et de la racine grecque « γραφή »[1]. L'autre serait la combinaison de « muon » et de « radiographie »[2].

Si les deux suggèrent une méthode de représentation graphique faisant intervenir les muons, la seconde construction est trompeuse. Quoique proches par certains aspects, la radiographie sert à représenter l'intérieur d'objets métriques, là où la muographie apporte une représentation d'objets hectométriques voire kilométriques[3].

Invention de la muographie[modifier | modifier le code]

Technologies précurseuses[modifier | modifier le code]

Vingt ans après que Carl David Anderson et Seth Neddermeyer ont découvert en 1936 que les muons étaient générés par le rayonnement cosmique[4], le physicien australien E.P. George fait le premier essai connu pour mesurer la densité surfacique de la roche au-dessus du tunnel Guthega-Munyang, un des éléments du réseau d'aménagement hydroélectrique des Snowy Mountains, en Nouvelle-Galles du Sud, ce au moyen des muons issus du rayonnement cosmique[5]. Il emploie pour ce faire un compteur Geiger. Bien qu'il parvienne ainsi à ses fins, et qu'il parvienne également à confirmer ses mesures avec les résultats de carottages, en l'absence de sensibilité directionnelle du compteur Geiger, un rendu graphique était impossible.

Premier muogramme[modifier | modifier le code]

Le premier muogramme est une matrice, faisant état du nombre d'impacts de muons, produite en 1970 par le prix Nobel de physique américain Luis Walter Alvarez[6]. Alvarez avait installé son dispositif dans la chambre de Belzoni, au sein de la pyramide de Kephren, décidé à y rechercher d'éventuelles chambres secrètes. Il a alors enregistré le nombre de muons ayant traversé la pyramide. Avec un dispositif de comptage de particules de son invention, il réfléchit à la manière de transcrire graphiquement le flux de muons, en fonction de leur angle d'arrivée. Le muogramme ainsi produit a été comparé avec les simulations informatiques, ce qui lui a permis de conclure que Kephren ne recelait pas de chambre secrète, après plusieurs mois d'exposition.

Muographie sur film[modifier | modifier le code]

Le travail de pionnier effectué par Tanaka et Niwa aboutit à la création de la muographie sur film, laquelle emploie une émulsion nucléaire (en). Les plaques à émulsion nucléaire ont été exposées en direction du volcan Asama au Japon, puis analysées ensuite au moyen d'un microscope mis au point par le duo, spécialement adapté pour détecter plus efficacement la trajectoire de particules chargées fixée par la plaque enduite[7]. La muographie sur film leur a permis d'obtenir la première image de l'intérieur d'un volcan en activité, en 2007, mettant en évidence la structure de la cheminée magmatique[8].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • Etienne Klein, « La Conversation scientifique : à quoi les rayons cosmiques peuvent-ils bien nous servir ? », France Culture,‎ (lire en ligne)