Paris, 6 novembre 2014

Le CNRS, acteur majeur de la mission Rosetta

Dans une semaine, le 12 novembre, entre 17h et 17h30, l'atterrisseur Philae de la sonde Rosetta de l'Agence spatiale européenne (ESA) tentera de se poser sur la comète 67P-Churyumov-Gerasimenko. Une mission périlleuse et inédite grâce à laquelle des scientifiques, notamment du CNRS et de différentes universités françaises, comptent lever le voile sur certains des mystères de nos origines. Le CNRS a participé à l'élaboration de treize instruments scientifiques de la mission, dont trois pour lesquels il est leader. Partout en France, il sera possible de suivre en direct cette première mondiale, qui sera retransmise en vidéo sur : www.insu.cnrs.fr/fr/Rosetta (en partenariat avec la Cité des sciences et de l'industrie et le CNES). Des chercheurs et ingénieurs du CNRS seront notamment mobilisés ce jour-là pour répondre, en direct sur Twitter avec #PoseToiPhilae, aux questions du public sur la mission et ses enjeux scientifiques.
La mission Rosetta de l'ESA a pour objectif de recueillir des données sur la composition et les propriétés du noyau de la comète 67P-Churyumov-Gerasimenko. Si Rosetta est arrivée à destination le 6 août dernier en se mettant en orbite autour de la comète, ce n'est pas encore le cas de son petit atterrisseur, Philae, qui essaiera de se poser le 12 novembre sur celle-ci. Ce sera la première fois qu'un atterrissage sera tenté sur un noyau cométaire !

La sonde Rosetta est équipée de 21 instruments scientifiques qui permettent d'effectuer un ensemble de mesures précises et complémentaires : composition chimique des matériaux de la surface, structure interne et composition du noyau, images directes et indirectes à différentes longueurs d'ondes, dynamique des émissions de poussières et leurs types, dégazage de surface, magnétisme, etc.

Le CNRS contribue à treize instruments de Rosetta : huit sur la sonde qui est en orbite autour de 67P-Churyumov-Gerasimenko, quatre sur l'atterrisseur Philae et un (CONSERT) présent à la fois sur l'orbiteur et l'atterrisseur. Le CNRS est leader de trois d'entre eux : CIVA, RPC-MIP (tous deux sur Philae) et CONSERT. C'est notamment l'instrument CIVA qui devrait prendre les premiers clichés de la surface de la comète. Rosetta est un véritable couteau suisse scientifique développé par un consortium international de laboratoires et agences (Europe et Etats-Unis). L'étude de l'environnement externe et interne de la comète permettra d'en savoir plus sur ces « boules de neige sales », et donc sur la formation du Système solaire et nos origines.

Les laboratoires français impliqués dans Rosetta-Philae :
•    CRPG (CNRS/Université de Lorraine)
•    CSNSM (CNRS/Université Paris-Sud)
•    GET (CNRS/IRD/Université Paul Sabatier - Toulouse III)
•    IAS (CNRS/Université Paris-Sud)
•    ICN (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis)
•    IPAG (CNRS/Université Joseph Fourier)
•    IRAP (CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III)
•    LAM (CNRS/AMU)
•    LAAS (CNRS)
•    LATMOS (CNRS/UPMC/UVSQ)
•    LERMA (Observatoire de Paris/CNRS/ENS/Université Cergy Pontoise/UPMC)
•    LESIA (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot/UPMC)
•    LISA (CNRS/Université Paris Diderot/UPEC)
•    LPC2E (CNRS/Université d'Orléans)
•    LPP (École Polytechnique/CNRS/Université Paris-Sud/UPMC)

Suivez en direct la tentative d'atterrissage de Philae sur la comète dans différents lieux en France notamment à Paris :
Cité des sciences et de l'industrie, en partenariat avec le CNRS, l'ESA, le CNES et l'Observatoire de Paris (entrée libre et gratuite le 12/11 à partir de 15h).

Le CNRS est également présent dans d'autres événements prévus ce jour-là, notamment à Toulouse, au Bourget, à Grenoble, à Orléans et à Marseille.

… mais également sur Internet sur : http://www.insu.cnrs.fr/fr/Rosetta

Sur cette page web, vous pourrez suivre en direct et en vidéo l'atterrissage de Philae sur la comète et poser vos questions sur Twitter concernant la science faite grâce à Rosetta, ses enjeux et les futures étapes. Toute la journée du 12 novembre, des chercheurs et ingénieurs du CNRS seront mobilisés pour répondre aux questions du public sur Twitter. Pour cela, envoyez vos questions en utilisant le mot-clic #PoseToiPhilae.

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Paris, 17 octobre 2014

La formation des jets stellaires à grande échelle enfin expliquée

Grâce à un dispositif expérimental breveté et à des simulations numériques de grande ampleur, des chercheurs sont parvenus à expliquer la formation des jets émis par les jeunes étoiles, et ce, en très bon accord avec les observations astrophysiques. Ce modèle, qui fait intervenir le champ magnétique interstellaire, a été élaboré par une collaboration internationale1 menée par des équipes françaises du Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (LULI, CNRS/École Polytechnique/UPMC/CEA), du Laboratoire d'études du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (LERMA, Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Université de Cergy-Pontoise/ENS Paris) et du Laboratoire national des champs magnétiques intenses (LNCMI, CNRS). Leurs travaux sont publiés dans la revue Science le 17 octobre 2014.
Les jets astrophysiques sont d'étroits pinceaux de matière qui peuvent se propager sur de grandes distances (des centaines de fois la distance Terre-Soleil). Ils sont omniprésents dans l'Univers, émergeant d'objets célestes aussi variés que les étoiles en formation, les naines blanches, les étoiles à neutrons, ou les trous noirs, dont le point commun est d'amasser activement de la matière depuis leur proche environnement, via un disque de matière en rotation. Bien que spectaculaires, les jets ont longtemps été considérés comme de simples sous-produits de ce processus d'accrétion de matière. Toutefois, les physiciens ont peu à peu réalisé qu'ils jouent en réalité un rôle crucial dans ce phénomène. Par exemple, les jets qui s'échappent des pôles d'une étoile naissante ralentissent la rotation du gaz en train de s'effondrer sur le noyau central, permettant à la matière de continuer à s'agréger. Par ailleurs, leur action sur le milieu interstellaire peut y faire naître de nouvelles étoiles. Cependant, malgré leur importance, les jets restent parmi les phénomènes les plus mystérieux de l'astronomie moderne. En particulier, les théories actuelles ont du mal à expliquer comment la matière peut se propager sur de si longues distances tout en restant confinée en un jet étroit.

Grâce à la première simulation de ce phénomène en laboratoire, et à des modélisations numériques en trois dimensions, les chercheurs ont compris que les jets émis par les très jeunes étoiles sont confinés par un champ magnétique à large échelle, qui est aligné avec l'axe des jets, comme l'ont récemment précisé des mesures par télescope. Le mécanisme que les chercheurs proposent est donc en très bon accord avec les observations astrophysiques actuelles. Il rend compte notamment de mystérieuses émissions de rayons X observées par le satellite Chandra le long des jets.

Des lasers et des bobines pour reproduire l'environnement interstellaire

Ces résultats ont été rendus possibles par un dispositif expérimental unique, récemment breveté, couplant lasers de puissance et champs magnétiques intenses. En arrachant des électrons à un échantillon de plastique à l'aide de faisceaux laser, les physiciens du LULI ont produit un plasma2 représentatif, à échelle réduite, de l'atmosphère des jeunes étoiles. Mais ce qui a été déterminant, c'est la génération, par des bobines fabriquées au LNCMI, d'un champ magnétique assez intense pour reproduire, dans quelques centimètres cubes et pendant quelques millionièmes de secondes, l'environnement interstellaire. Des physiciens du LERMA et du LULI, aidés par des collaborateurs étrangers, ont ensuite modélisé, au moyen de supercalculateurs, de jeunes étoiles en formation et l'expérience en laboratoire. L'accord entre ces deux simulations a confirmé le rôle clé du champ magnétique interstellaire.

Dans cette étude, les scientifiques se sont penchés spécifiquement sur les jets de plasma des étoiles naissantes, mais le même mécanisme pourrait être à l'œuvre dans les autres types de jets astrophysiques. En outre, ce travail ouvre la voie pour étudier, de manière concrète, le rôle des champs magnétiques en astrophysique. Les chercheurs souhaitent notamment se pencher sur le mécanisme d'accumulation de matière par les jeunes étoiles, les rayons cosmiques3 et les arches de plasma éjectées lors des éruptions solaires. Enfin, le dispositif construit au LULI pourrait servir aux recherches sur la fusion nucléaire, où les champs magnétiques sont évoqués depuis longtemps pour pouvoir confiner les ions au sein d'un combustible et augmenter leur température, ce qui est le paramètre clé pour parvenir à la fusion.

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Paris, 25 septembre 2014

Inauguration du deuxième détecteur de neutrinos de l'expérience Double Chooz
Un second détecteur de neutrinos vient d'être édifié par le CNRS et le CEA à proximité de la centrale nucléaire de Chooz (Ardennes). Ses mesures complèteront celles du premier détecteur, installé depuis cinq ans, afin d'étudier, dans le cadre de l'expérience Double Chooz, les caractéristiques des neutrinos, ces particules élémentaires presque insaisissables produites en abondance notamment dans le Soleil et dans les réacteurs nucléaires. Construit à 400 mètres du cœur des réacteurs de la centrale, ce second détecteur est inauguré le 25 septembre 2014 en présence de représentants du CNRS et du CEA, et des autorités locales, qui soutiennent activement cette implantation.
Après sa mise en service au cours de l'automne, le détecteur captera les neutrinos produits dans les cœurs des deux réacteurs de la centrale, situés à 400 mètres. Ces données seront comparées à celles collectées par l'autre détecteur, installé à 1 kilomètre de ces réacteurs. La différence de composition attendue est due à une métamorphose des neutrinos, qui changent de caractéristiques au cours de leur trajet. L'expérience Double Chooz est fondamentale pour permettre de comprendre ce phénomène, et ainsi compléter le Modèle standard de la physique des particules1.

Étudier les « saveurs » des neutrinos grâce aux centrales nucléaires

Les neutrinos, particules un million de fois plus légères que les électrons, sont un sous-produit connu des réactions nucléaires « beta ». Ils sont ainsi produits dans des réacteurs nucléaires en fonctionnement, mais aussi dans la croûte et le manteau terrestre, le corps humain, ou encore les étoiles, le Soleil étant la source de neutrinos la plus abondante sur Terre. Ils peuvent naître sous trois formes ou « saveurs », comme disent les physiciens. Mais ils ont cette propriété étonnante, appelée « oscillation », de changer de « saveur » en se déplaçant, en fonction de leur énergie et de la distance parcourue. Ces « oscillations » dépendent de trois paramètres (nommés « angles de mélange »), dont deux sont connus avec une bonne précision. Le troisième est bien plus petit et difficile à mesurer précisément, et c'est sur cette mesure que portent les efforts de l'expérience Double Chooz.

L'expérience Double Chooz

Le projet Double Chooz est né en 2003 d'une collaboration internationale2, à l'initiative de chercheurs du CEA et du CNRS. En 2009, un premier détecteur a été installé dans un laboratoire souterrain, construit par EDF dans les années 1990 à 1 kilomètre des cœurs des réacteurs de la centrale. Ce dispositif a permis, en 2011, de détecter la transformation des neutrinos durant leur vol, découverte confirmée dès 2012 par les autres expériences internationales. Depuis lors, une course mondiale à la précision s'est engagée pour mesurer le troisième angle de mélange des neutrinos. A Chooz, la mise en service d'un second détecteur va permettre d'y participer efficacement. D'ici trois ans, le paramètre manquant devrait y être mesuré avec une précision de 10 %.

A l'image du premier détecteur, ce second instrument est constitué d'une cuve cylindrique de dix mille litres remplie d'un mélange d'huiles minérales. Un tel volume est nécessaire car les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière : ils traversent murs, montagnes, et êtres vivants, pratiquement sans interaction. Afin d'en détecter un, il faut donc « interposer » au parcours des neutrinos une grande quantité de matière. Chaque jour, cet instrument ne détectera que 300 neutrinos environ, sur les centaines de milliards de milliards qui le traverseront. Par ailleurs, le détecteur est enfoui sous 50 mètres de roches et protégé par plusieurs enceintes concentriques pour l'isoler du rayonnement cosmique et de la radioactivité naturelle ambiante.

La comparaison des résultats de Double Chooz avec ceux d'autres expériences similaires en Chine (Daya-Bay) et en Corée (RENO) et d'accélérateurs de particules (T2K au Japon) facilitera la conception de projets pour explorer l'origine de l'asymétrie entre matière et antimatière observée dans l'Univers. En effet, selon la théorie du Modèle standard, qui prédit le comportement de la matière depuis le début de l'Univers, le Big Bang aurait créé a priori autant de matière que d'antimatière, il y a 13,7 milliards d'années. Mais la matière est observée en surabondance aujourd'hui. Les neutrinos pourraient bien détenir la clé de cette énigme.

Le laboratoire abritant ce deuxième détecteur a été financé par le FEDER (Fonds européen de développement régional), la région Champagne-Ardenne, le département des Ardennes, la communauté de communes Rives de Meuse, EDF, le CNRS et le CEA.

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Paris, 27 août 2014

Les neutrinos témoins directs de la production d'énergie au coeur du Soleil

Pour la première fois dans l'histoire de notre étoile, il a été possible de mesurer directement l'énergie solaire à l'instant même où elle est créée. Une expérience unique au monde, menée avec le détecteur Borexino, a permis d'observer quasiment en temps réel le flux de neutrinos de basse énergie émis par le Soleil et de montrer que l'activité solaire n'a pratiquement pas changé depuis plus de cent mille ans. Ces résultats obtenus par la collaboration Borexino1, à laquelle participe le laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS/CEA/Université Paris Diderot/Observatoire de Paris), sont publiés le 28 août 2014 dans la revue Nature.
L'énergie du Soleil provient, pour plus de 99%, de la fusion de noyaux d'hydrogène (des protons) au cœur de l'étoile. Cette  réaction primordiale transforme deux protons en un noyau de deutérium en émettant un positron et un neutrino de basse énergie appelé neutrino pp. Le détecteur Borexino, installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso, en Italie, a réussi la première mesure directe du flux de ces neutrinos pp.
Une fois produits, les neutrinos franchissent en quelques secondes le plasma solaire et arrivent sur Terre huit minutes plus tard. Au contraire, l'énergie produite par la réaction en même temps que les neutrinos est transportée sous forme de photons et va mettre une ou deux centaines de milliers d'années à traverser la matière dense du Soleil, avant de gagner notre planète. Les neutrinos observés au cours de cette étude sont donc les témoins directs de ce qui se passe au cœur de l'étoile aujourd'hui, alors que l'énergie solaire qui nous réchauffe a été produite il y a longtemps.
L'expérience a permis de mesurer un flux de neutrinos de 6,6 × 1010 neutrinos par cm2 par seconde. Cela équivaut à une puissance du Soleil de 3,98 × 1026 watts, une valeur équivalente aux chiffres obtenus lorsqu'on mesure l'énergie solaire à partir des radiations qui illuminent et chauffent la Terre (3,84 × 1026 watts). La confrontation de ces deux mesures montre que le Soleil est en complet équilibre thermodynamique : son activité n'a pratiquement pas changé depuis plus de cent mille ans. Ces résultats confortent les connaissances actuelles sur la dynamique du soleil et confirment que notre étoile continuera à fonctionner de manière analogue pendant cent mille ans au moins.
Cette nouvelle mesure permet à l'expérience Borexino de compléter la spectroscopie des neutrinos solaires et de réaliser une performance unique. Ce détecteur est en effet le seul au monde à avoir mesuré le flux des neutrinos pp, les plus nombreux, mais les plus difficiles à détecter. De façon générale, les neutrinos, qui n'interagissent que par interaction faible, ne s'observent pas facilement et, pour la mesure effectuée cette fois-ci, la difficulté supplémentaire est due à l'énergie extrêmement faible des neutrinos pp. Le détecteur Borexino est particulièrement performant pour éliminer les bruits de fond qui perturbent les mesures à basse énergie. Il est abrité sous 1400 mètres de roches qui absorbent les rayons cosmiques et la haute technologie développée par l'expérience permet de supprimer les traces de radioactivité à un niveau encore jamais atteint (dix milliards de fois moins de radioactivité que dans un verre d'eau). Ce sont ces caractéristiques uniques qui ont permis cette première mondiale.

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