WP I2 Excursion expérimentale des géoparticules à Apollonia – Juillet 2018

 

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    Ce projet concerne l’application nouvelle de la tomographie muonique à l’archéologie, pour tester l’utilisation de neutrinos dans des études archéologiques, en se concentrant sur un tumulus grec. En collaboration avec le Laboratoire de Géophysique d’Exploration de l’Université de Thessalonique (Grèce) et d’autres laboratoires en France, un projet interdisciplinaire a été initié pour étudier la faisabilité de cette technique d’exploration des structures archéologiques et, si possible, effectuer un premier ensemble de mesures comme preuve de concept.

    Le principe de la technique, le développement d’un code de simulation dédié et l’estimation préliminaire de la sensibilité sont visibles ci-dessous (Figure 1).

     

     

    Figure 1: A gauche : Simulation de l’installation pour la tomographie muonique du tumulus d’Apollonia. Avec une tombe interne et le détecteur. À droite: carte de densité du tumulus reconstruite après l’analyse, où une structure plus dense est visible au centre.

     

    Ce sous-projet fait partie d’un programme plus vaste impliquant l’étude des volcans (grâce à une collaboration avec IPGP). Au cours de la dernière année, nos études ont porté sur l’amélioration de nos simulations afin d’inclure des preuves de la détection et de la méthodologie, développée pour la tomographie volcanique, en particulier pour les applications archéologiques (Figure 2).

     

    Figure 2: Ratio of non-scattered to scattered muons (defined as Signal/Background) as a function of the zenith incident angle (θz) and the opacity (ρ) for one of the three detectors at the La Soufrière volcano (left) and for the Apollonia tumulus (right).
    Rapport entre les muons diffusés et non diffusés (défini comme Signal / Arrière plan) en fonction de l’angle d’incidence zénithal (θz) et de l’opacité (ρ) de l’un des trois détecteurs du volcan La Soufrière (à gauche) et du tumulus de l’Apollonia (à droite).

     

    Après une longue attente, nous avons maintenant obtenu une autorisation d’installer un détecteur de muons près d’un tumulus à Apollonia, dans le nord de la Grèce. Ce tumulus a été exploré par d’autres techniques comme la tomographie par résistivité électrique, révélant deux structures internes. Pour cette raison, ce tumulus représente un cadre idéal pour effectuer les premières mesures expérimentales pour tester les capacités de la tomographie par muons.

     

    L’extension de la technique de tomographie muonique à l’archéologie est un exemple de l’évolution des champs de recherche transverses et interdisciplinaires.

     

    Cette activité est réalisée en collaboration avec d’autres laboratoires français (IPN Lyon, LAPP Annecy, CEA-IRFU) qui fournissent principalement les détecteurs, ainsi qu’avec l’IPGP pour étudier la complémentarité de la méthode avec d’autres techniques couramment utilisées. Il a également encouragé la collaboration avec des partenaires en Grèce d’universités de recherche en physique et en géophysique et avec le ministère de la Culture.

     

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    Qui sommes-nous  ? Découvrez l’équipe !

     

    La mission Appolonia mobilise sur place une équipe de l’IPN de Lyon (UMR5822, Université de Lyon, CNRS-IN2P3) constituée de Jacques Marteau et Jean-Christophe Ianigro , Grigorios Tsokas (Université de Thessalonique), Theodoros Avgitas (Labex UnivEarths), Eleni Chatzichristou (Labex UnivEarthS) et Stratos Koufos (photographe-videographe ).

     

     

  • 5 Mai 2018 : Le détecteur est prêt à partir !

     

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    Le détecteur que nous allons utiliser à Appolonia est monté et regarde à ciel ouvert à la recherche de muons, dans le cadre de son cycle d’étalonnage initial. Voici quelques photos de l’appareil juste pour s’échauffer les sangs. Je tiens à remercier Jacques et Jean-Christophe pour leurs efforts sur le montage du détecteur et l’installation du DAQ et leur aimable hospitalité.

    Theodore Avgitas

     

     

    6 Juillet 2018 : arrivée sur place !

     

     

    Le 6 Juillet 2018, l’équipe de chercheurs travaillant sur les applications géotechniques et archéologique des géoparticules est arrivée sur le site d’Apollonia, dans le nord de la Grèce, près de Thessalonique. Le Labex UnivEarthS participe activement à ce projet au travers du projet I2 : Géoparticules. Le projet a bénéficié d’un financement de la Mission Interdisciplinaire sous la référence ARCHé (Archéologie avec des Rayons Cosmiques, pour sonder les tumuli Helléniques).

    Ce projet interdisciplinaire a été initié pour étudier la faisabilité de cette technique d’exploration des structures archéologiques de petites dimensions et effectuer un premier ensemble de mesures comme preuve de concept. Il mobilise sur place une équipe de l’IPN de Lyon (UMR5822, Université de Lyon, CNRS-IN2P3) constituée de Jacques Marteau et Jean-Christophe Ianigro , Grigorios Tsokas (Université de Thessalonique), Theodoros Avgitas (Labex UnivEarths), Eleni Chatzichristou (Labex UnivEarthS) et Stratos Koufos (photographe-videographe ).

     

    Gauche : le détecteur à son arrivée sur le site. Droite : la météo s’est rapidement détériorée et des orages intenses ont éclaté.

     

    Pour cette expérience de faisabilité, un détecteur mobile a été conçu, réalisé et amené sur le terrain par l’équipe de l’IPN de Lyon. Le périple du détecteur depuis Lyon a donc consisté en une traversée de l’Italie par autoroute, puis de l’Adriatique en bateau puis du nord de la Grèce, jusqu’au site d’Apollonia. à proximité immédiate du tumulus. Ce long périple et les vibrations importantes ont été parfaitement bien encaissées par le détecteur.

    Le choix de ce tumulus a été motivé par le fait qu’il a déjà fait l’objet d’études géophysiques par le passé, notamment par des chercheurs de l’Université de Thessalonique, en utilisant techniques comme la tomographie par résistivité électrique, qui ont permis de révéler deux structures internes. Pour cette raison, ce tumulus représente un cadre idéal pour effectuer les premières mesures expérimentales pour tester les capacités de la tomographie par muons.

     

    J. Marteau (IPNL) et T. Avgitas (UnivEarthS) pendant l’installation du détecteur.

     

    Pour l’installation, il a fallu déjà surmonter plusieurs obstacles, dont la présence d’immenses champs de tournesol autour du tumulus, interdisant de nombreux accès pour un van ; des négociations avec les agriculteurs locaux ont heureusement permis l’installation du  détecteur à un endroit adéquat sans dommage pour les champs.

     

    Le tumulus au milieu des champs de tournesols sur le site d’Appolonia.

     

    L’absence d’électricité ou de connexion réseau ont conduit l’équipe de l’IPN de Lyon a développer un détecteur entièrement autonome fonctionnant sur panneaux solaires et batteries. Les données sont ainsi acquises en permanence et envoyées en continu vers l’IPNL à Lyon.

     

    Axe de débit enregistré pendant la phase d’étalonnage (à gauche) et tomographie après 14h (à droite). Ce sont des charges de contrôle de qualité, non corrigées, mais elles montrent l’ombre du tumulus.

     

    Dès la première après-midi, le calibrage des instruments a pu être initié, avec les premières prises de données. Le sujet est cependant sensible : d’énormes orages ont nécessité une intervention nocturne pour vérifier que le matériel avait survécu aux intempéries. Par ailleurs, des micro-séismes nécessitent une surveillance sur la calibration systématique, la zone d’Apollonia étant sujette à une activité sismique faible mais régulière.

     

    L’équipe se détend après avoir travaillé toute la journée sous un soleil de plomb (équipe IPNL, T. Avgitas, G. Tsokas).

     

    Theodoros Avgitas va donc rester sur place pour toute la durée de la mission, prévue pour 3 mois, afin de vérifier le bon déroulement de l’expérience et de la transmission des données. L’acquisition sera permanente sur toute cette période, et lui permettra de travailler sur le traitement des données et des simulations. Les premières analyses, réalisées à distance par l’équipe de l’IPN de Lyon et ses collaborateurs, Marina Rosas-Carbajal de l’IPG de Paris et Antoine Chevalier, post-doc du Labex LIO à Lyon, ont permis de vérifier le bon fonctionnement du détecteur et de quantifier rapidement l’atténuation du flux des muons à la traversée du tumulus.

     

    En plus de la mission scientifique elle-même, l’opportunité a été saisie pour réaliser des interviews des membres de l’équipe, images et vidéos de l’expédition et des installations. Ce matériel audiovisuel sera présenté progressivement sur ce site, afin de permettre d’explorer plus en détail cette mission fascinante à l’interface entre géosciences, astrophysique et archéologie !

     

    La communication était un aspect important de l’expédition, pour partager cette expérience fascinante et les recherches connexes (E. Chatzichristou, Stratos Koufos).