Après avoir constaté plusieurs éboulements de caves dans notre région, nous nous sommes demandées si l'épaisseur du plafond des caves était connue. Cette information nous permettrait de connaître la fragilité des roches afin de prévenir les risques d'éboulements. Nous nous sommes alors renseignées sur des moyens permettant de déterminer l'épaisseur d'un plafond rocheux.
De plus, nous avons appris que le lycée allait recevoir un détecteur de muons (cosmodétecteur). Les muons sont des particules qui proviennent du ciel et qui ont la capacité de traverser la matière assez facilement. Ils sont déjà utilisés en géologie pour étudier le relief de volcans (tomographie).
Nous nous sommes alors demandées s'il était possible de mesurer l'épaisseur d'une roche grâce à la détection des muons dans le cadre de nos Travaux Personnels Encadrés de Première S sur l'année 2014-2015.
La suite très prochainement...En attendant, notre production au format pdf ci-dessous.
Avant de chercher une quelconque corrélation entre l'épaisseur de roche et le pourcentage d'absorption des muons, il nous était essentiel de vérifier que cette absorption avait bien lieu. Nous utilisons le terme d'absorption par souci de concision mais, en réalité, la roche n'absorbe pas à proprement parler les muons. Elle ne fait que les ralentir, les empêchant ainsi de parcourir une distance aussi importante que s'ils traversaient du vide.
Lors de l’expérience précédente, nous avons observé que la traversée d'une épaisseur de roche calcaire (le plafond de la cave) entraîne une diminution du nombre de muons détectés. Cela a été déterminant pour notre TPE, car grâce à ce constat, nous avons pu chercher à établir une corrélation entre ces deux paramètres.
L'épaisseur de roche traversée influe-t-elle sur le nombre de muons détectés ?
Face à ce problème, nous avons cherché un moyen d'expliquer pourquoi nous n'avions pas réussi à déterminer l'équation précise nous permettant de répondre à la problématique.
À partir des valeurs obtenues lors de l'expérience d'étalonnage, nous établissons le pourcentage d'absorption des muons grâce à la formule suivante :
Grâce à nos mesures étalons, nous avons tracé le graphique du pourcentage d'absorption des muons en fonction de l'épaisseur de roche traversée, puis nous avons voulu modéliser une équation qui lui corresponde.
Comme nous l'avons conclu dans nos précédentes expériences, suivre la diminution du nombre de muons avec la profondeur de roche n'est pas lié à une simple décroissance radioactive ou diminution énergétique, mais est également liée au caractère relativiste des muons qui évolue étant donné que leur énergie diminue. La relation que nous avions établi était alors trop simple, et il nous a fallu chercher autre chose. Nous avons alors pris contact avec plusieurs scientifiques, en espérant qu'ils puissent nous donner de nouvelles pistes.
À l'aide de Loic Villain de l'UFR de Sciences et Technique de Tours, nous avons essayé de construire un modèle simplifié de l'évolution du flux de muons au cours du temps et en fonction de la profondeur de roche traversée.