Il y a quelques jours, j’ai assisté à une conférence intitulée « La tomographie muonique » et donnée à Limoges dans le cadre de Récréasciences par un jeune chercheur en poste au CEA de Saclay.

En mai 2007 et décembre 2010, et plus récemment le 21 novembre 2015, j’ai écrit des articles expliquant que les scientifiques japonais essayaient d’observer l’intérieur des volcans en utilisant une nouvelle technologie basée sur l’utilisation des muons. Lorsque le rayonnement cosmique produit par les explosions de supernovae et autres événements dans l’espace lointain atteint la Terre et entre en collision avec l’atmosphère, cela génère un grand nombre de muons. Ils représentent 70% des rayons cosmiques qui atteignent la surface de la Terre. Comme ils ont une masse très faible, les muons passent à travers tous les objets, mais certaines substances les bloquent plus que d’autres, de la même façon que les os interfèrent avec des particules des rayons X. Pour les volcanologues, la radiographie par les muons, ou tomographie muonique, est un outil relativement nouveau qui pourrait permettre de percer les mystères qui entourent l’activité volcanique.
La tomographie muonique a été utilisée par les Japonais pour visualiser la structure interne de volcans comme l’Asama, l’Iwate ou encore le volcan Satsuma-Iojima dans la préfecture de Kagoshima. Les scientifiques savaient que ce volcan dissimulait un réservoir magmatique, mais la nouvelle technologie a révélé que la quantité de magma était beaucoup plus grande que prévu.

Les scientifiques français ont eux aussi utilisé la tomographie muonique dans le cadre du projet DIAPHANE sur le volcan de la Soufrière à la Guadeloupe. Des équipes du CNRS ont installé un capteur de muons cosmiques sur le flanc du volcan. La technologie a permis de « suspecter la présence d’importantes cavités » à l’intérieur de l’édifice volcanique.

Une autre application de la tomographie muonique  a eu pour cadre le vénérable Puy de Dôme en Auvergne. Le but du projet TOMUVOL était « la connaissance de l’historique du volcan de par sa structure pour prédire le comportement futur – Preuve de la faisabilité de la muographie sur un grand volcan (~ 2 km à la base). »
La tomographie de ces deux volcans est très bien décrite à cette adresse :
http://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/gibert_instrumlimites_07jan2014.pdf

Voici l’image obtenue pour la Soufrière de La Guadeloupe :

  (Source : CNRS)

La conclusion des équipes scientifiques qui ont mené les observations à la Guadeloupe et en Auvergne est fort intéressante. Il ne fait aucun doute que la tomographie muonique  a de beaux jours devant elle en volcanologie. Cette technologie n’en est qu’à ses débuts et des améliorations devront être apportées pour pouvoir « radiographier des volcans en éruption ».
Son application devra aussi surmonter certains obstacles tel le coût, à une époque où il est demandé aux laboratoires de se serrer la ceinture. D’autre part, dans un domaine comme la volcanologie, elle suppose la présence de deux équipes, l’une spécialisée en physique des particules et l’autre experte en volcanologie.

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A few days ago, I attended a conference entitled « The muon tomography » and given in Limoges by a young researcher at the CEA of Saclay.

In May 2007 and December 2010, most recently on November 21st, 2015, I wrote articles explaining that Japanese scientists had tried to observe the inside of volcanoes using a new technology based on the use of muons. When the cosmic radiation produced by supernova explosions and other events in deep space reaches the Earth and collides with the atmosphere, it generates a large number of muons. They represent 70% of the cosmic rays that reach the surface of the Earth. As they have a very low mass, muons pass through all objects, but some substances block them more than others, in the same way as bone particles interfere with X rays. For volcanologists, radiography by means of muons, or muon tomography, is a relatively new tool that could help unravel the mysteries surrounding volcanic activity.
Muon tomographywas used by the Japanese to visualize the internal structure of volcanoes like Asama, Iwate or Satsuma-Iojima in Kagoshima Prefecture. Scientists knew that this last volcano concealed a magma chamber, but the new technology revealed that the amount of magma was much larger than expected.

French scientists have also used muon tomography  in the DIAPHANE project on the Soufriere volcano in Guadeloupe. CNRS teams have installed a cosmic muon sensor on the flanks of the volcano. The technology has « revealed the presence of large cavities » within the volcanic edifice.

Another application of muon tomography was performed on the venerable Puy de Dome in Auvergne. The goal of the TOMUVOL project was the « knowledge of the history of the volcano through its structure to predict future behaviour – Proof of the feasibility of muography on a large volcano (~ 2 km at the base). »
The tomography of the two volcanoes is well described at:
http://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/gibert_instrumlimites_07jan2014.pdf

The image for the Soufriere of Guadeloupe can be seen above.

The conclusion of the scientific teams who conducted the observations in Guadeloupe and in Auvergne is very interesting. There is no doubt that muon tomography has a bright future in volcanology. This technology is still in its infancy and improvements are needed in order to « radiograph erupting volcanoes. »
Its application must also overcome obstacles such as the cost, at a time when laboratories are requested to tighten their belts. On the other hand, in a field such as volcanology, it assumes the presence of two teams, one specialized in particle physics and another one expert in volcanology.