CLOUD cherche des liens entre rayons cosmiques, nuages et climat
CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) est une expérience inédite du CERN, menée par une équipe interdisciplinaire de chercheurs provenant de 18 instituts de 9 pays. Le but de l'expérience est de déterminer l'influence que pourraient avoir les rayons cosmiques galactiques sur les nuages et le climat du globe, en étudiant leurs interactions microphysiques. C'est la première fois qu'un accélérateur de physique des hautes énergies est utilisé pour étudier l'atmosphère et le climat.
Les rayons cosmiques sont des particules chargées provenant de l'espace et qui bombardent l'atmosphère terrestre. Des études suggèrent que les rayons cosmiques pourraient avoir une incidence sur la couverture nuageuse en formant de nouveaux aérosols (fines particules en suspension dans l'air qui ensemencent les nuages). Cette hypothèse est étayée par les mesures satellite, qui révèlent que l'intensité des rayons cosmiques et la couverture nuageuse basse pourraient être corrélées. Les nuages exercent une forte influence sur le bilan énergétique de la Terre, si bien que des fluctuations de quelques pour cent ont un impact important sur le climat. Comprendre la microphysique du phénomène dans des conditions de laboratoire devrait permettre d'élucider le rapport entre rayons cosmiques et nuages.
Dans une phase initiale, un détecteur prototype est placé dans un faisceau de particules. CLOUD utilise un faisceau de particules du Synchrotron à protons du CERN envoyé dans une chambre de réaction. Les particules issues de l'accélérateur jouent le rôle des rayons cosmiques. Leur effet sur la production d'aérosols sera enregistré et analysé.
L'idée à l'origine de cette expérience a émergé il y a deux siècles. William Herschel, astronome royal, remarquait alors une corrélation entre les taches solaires et le prix du blé en Angleterre. C'était la première observation suggérant une influence des variations du Soleil sur le climat terrestre. La variabilité climatique liée au Soleil est restée un grand mystère, malgré toutes les recherches sur ce sujet. Pendant la « petite ère glaciaire » qui a prévalu au tournant du XVIIe et du XVIIIe siècle, les taches solaires ont pratiquement disparu pendant 70 ans, l'intensité des rayons cosmiques a augmenté et le climat s'est refroidi. Ce phénomène semble n'être que le plus récent d'une douzaine d'épisodes similaires qui se sont produits au cours des derniers 10 000 ans. Aujourd'hui, la raison pour laquelle la brillance du Soleil connaîtrait des fluctuations à cette échelle de temps n'a pas été établie. La possibilité d'une influence directe des rayons cosmiques galactiques (qui sont modulés par les fluctuations du vent solaire) sur le climat retient donc l'attention des scientifiques.
La collaboration CLOUD est une équipe interdisciplinaire – physique de l'atmosphère, physique solaire, rayons cosmiques et physique des particules – qui va se pencher sur une question essentielle à la compréhension des nuages et du changement climatique. « Cette expérience rassemble les plus grands spécialistes des aérosols, des nuages et des échanges Soleil-Terre de toute l'Europe ; les pays à la pointe de ce domaine sont l'Allemagne, l'Autriche, le Danemark, la Finlande, le Royaume-Uni et la Suisse, explique Jasper Kirkby, du CERN, porte-parole de l'expérience, Le CERN constitue un environnement exceptionnel pour une telle expérience. Nous apportons non seulement nos accélérateurs, mais aussi des technologies spécialisées, nos techniques d'expérimentation et notre expérience de l'intégration de grands détecteurs complexes nécessaire pour mener à bien l'expérience. » Le système d'alimentation en gaz du prototype actuel a par exemple été conçu par des ingénieurs du CERN : il produit de l'air ultra-pur provenant de l'évaporation d'oxygène liquide et d'azote liquide. « C'est probablement l'air le plus propre qu'on puisse trouver sur la planète », souligne Jasper Kirkby.
Les premiers résultats du prototype de CLOUD sont attendus pour l'été 2007. Le dispositif complet comprend une chambre à nuage et une chambre de réaction perfectionnées, équipées de toute une série d'instruments extérieurs permettant de contrôler et d'analyser leur contenu ; la température et la pression en tout point de l'atmosphère peuvent être reconstituées à l'intérieur des chambres, et toutes les conditions de l'expérience peuvent être réglées et mesurées – y compris l'intensité des « rayons cosmiques » et le contenu des chambres. Les premières données faisceau que produira le dispositif au complet sont attendues pour 2010.
octobre 2006