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C’est le noyau de la Terre qui réchauffe notre planète et pas l’effet de serre atmosphérique

10 juin 2020, 11:11, par un lecteur

Les scientifiques de KamLAND ont publié dans la revue Nature Geoscience de nouveaux chiffres sur l’énergie thermique issue de la désintégration radioactive. Sur la base de l’amélioration de la sensibilité du détecteur KamLAND, ainsi que de plusieurs années de données supplémentaires, la nouvelle estimation n’est pas simplement « cohérente » avec les prévisions des modèles géophysiques acceptés mais est suffisamment précise pour aider à affiner ces modèles.

Une chose qui est sûre à 97% au moins, c’est que la désintégration radioactive ne fournit qu’environ la moitié de la chaleur de la Terre. D’autres sources - la chaleur primordiale laissée par la formation de la planète, et peut-être aussi d’autres - doivent expliquer le reste.

Chasse aux neutrinos du plus profond de la Terre

Les antineutrinos sont produits non seulement lors de la désintégration des isotopes de l’uranium, du thorium et du potassium, mais dans une variété d’autres, y compris les produits de fission dans les réacteurs nucléaires. En fait, les antineutrinos produits par réacteur ont été les premiers neutrinos à être directement détectés (les neutrinos et les antineutrinos se distinguent les uns des autres par les interactions dans lesquelles ils apparaissent).

Parce que les neutrinos n’interagissent que par la force faible - et la gravité, insignifiante sauf à l’échelle du cosmos - ils traversent la Terre comme si elle était transparente. Cela les rend difficiles à repérer, mais dans les très rares occasions où un antineutrino entre en collision avec un proton à l’intérieur du détecteur KamLAND - une sphère remplie de mille tonnes métriques d’huile minérale scintillante - il produit un double signal indubitable.

Le premier signal survient lorsque l’antineutrino convertit le proton en neutron plus un positron (un anti-électron), qui s’annihile rapidement lorsqu’il frappe un électron ordinaire - un processus appelé désintégration bêta inverse. Le faible éclair de lumière du positron ionisant et le processus d’annihilation sont captés par plus de 1 800 tubes photomultiplicateurs à l’intérieur du navire KamLAND. Quelques centaines de millionièmes de seconde plus tard, le neutron de la désintégration est capturé par un proton dans le fluide riche en hydrogène et émet un rayon gamma, le deuxième signal. Cette « coïncidence retardée » permet de distinguer les interactions antineutrino des événements de fond tels que les coups des rayons cosmiques pénétrant le kilomètre de roche qui recouvre le détecteur.

Dit Freedman, « C’est comme chercher un espion dans une foule de gens dans la rue. Vous ne pouvez pas choisir un espion, mais s’il y a un deuxième espion après le premier, le signal est toujours faible mais il est facile à repérer. "

KamLAND a été initialement conçu pour détecter les antineutrinos de plus de 50 réacteurs au Japon, certains proches et certains lointains, afin d’étudier le phénomène d’oscillation des neutrinos. Les réacteurs produisent des neutrinos électroniques, mais en se déplaçant, ils oscillent en neutrinos muons et neutrinos tau ; les trois « saveurs » sont associées à l’électron et à ses cousins ​​plus lourds.

Le fait d’être entouré de réacteurs nucléaires signifie que les événements de fond de KamLAND dus aux antineutrinos des réacteurs doivent également être pris en compte dans l’identification des événements de géoneutrino. Cela se fait en identifiant les antineutrinos des centrales nucléaires par leurs énergies caractéristiques et d’autres facteurs, tels que leurs taux de production variables par rapport à l’arrivée régulière des géoneutrinos. Les antineutrinos des réacteurs sont calculés et soustraits du total. Il ne reste que les géoneutrinos.

KamLAND a détecté 841 événements antineutrino candidats entre mars 2002 et novembre 2009, dont environ 730 étaient des événements de réacteur ou d’autres antécédents. Le reste, environ 111, provenait de désintégrations radioactives de l’uranium et du thorium dans la Terre. Ces résultats ont été combinés avec les données de l’expérience Borexino au Gran Sasso en Italie pour calculer la contribution de l’uranium et du thorium à la production de chaleur de la Terre. La réponse était d’environ 20 térawatts ; d’après les modèles, on estime que trois autres térawatts proviennent d’autres désintégrations isotopiques.

C’est plus d’énergie thermique que ne le suggère le modèle d’ESB le plus populaire, mais encore beaucoup moins que le total de la Terre. Selon Freedman, « Une chose que nous pouvons dire avec une quasi-certitude est que la désintégration radioactive ne suffit pas à elle seule à rendre compte de l’énergie thermique de la Terre. Que le reste soit de la chaleur primordiale ou qu’il provienne d’une autre source est une question sans réponse. »

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