Matière et énergie noires
  Edelweiss sur les traces de la matière noire


La chasse aux particules de matière noire est ouverte. Depuis quatre ans, le détecteur Edelweiss traque les minuscules collisions provoquées par le passage de ces corpuscules exotiques d’un genre nouveau. Il est installé sous les 1 700 mètres de roches du mont Fréjus, dans les Alpes françaises. Objectif : détecter les infimes chocs qui créent une élévation de température, et un dépôt de chaleur, d’un millionième de degré environ.

La recherche des particules de matière noire provoque la ruée. Outre le site français du mont Fréjus, près de Modane, dans les Alpes : les États-Unis sont entrés dans la course avec une mine de fer à Soudan, Minnesota ; le Royaume-Uni avec une mine de potasse en exploitation; l’Allemagne et l’Italie avec le laboratoire géant du Gran Sasso dans les Abruzzes; le Japon avec son détecteur Super-Kamiokande; et le Canada avec celui de Sudbury, dans l’Ontario. Pourtant, dans ce concert international : "les bolomètres du laboratoire souterrain de Modane ne déméritent pas", souligne Gabriel Chardin chercheur au CEA de Saclay (Essonne) et porte-parole de l’expérience Edelweiss. "Ils sont constitués chacun de 320 grammes de germanium ultra pur refroidi à 0,01 degré au-dessus du zéro absolu" (-273°C pour nos thermomètres classiques, 0,01 Kelvin). Surtout, son atout provient de l’enfouissement sous les 1 700 mètres de roches du mont Fréjus à la frontière franco-italienne. "Cette position procure une protection idéale contre les rayons cosmiques atténués dans un rapport de deux millions", poursuit le responsable. Aucune des particules énergétiques gênantes en surface (muons) ne pénètre profondément sous terre. Le facteur limitant reste la radioactivité naturelle de la pierre et des matériaux du détecteur. Ceux-ci ont beau avoir été produits avec des "degrés de pureté inégalés", dans «les ambiances les plus propres», il subsiste toujours quelques imperfections indésirables. Résultat : un bruit de fond continu au niveau des chocs enregistrés par le réseau cristallin du capteur. Car on s’attache à déceler "des collisions individuelles avec les particules de matière noire les Wimps (Weakly Interacting Massive Particles), particules massives qui interagissent faiblement, ou ‘Mauviettes’".

L’enjeu est de débusquer le moindre recul d’un noyau de germanium suite à la rencontre aléatoire avec un Wimp. Une aiguille dans une botte de foin. Les équipes de Saclay et de Grenoble ont relevé le défi. Le cœur de l’expérience, un cryostat d’un litre refroidi par un mélange d'hélium-3 et d'hélium-4, a été enfermé à l’intérieur d’un colossal blindage en «poupée russe» d’un poids de… 40 tonnes. Une couche de protection est constituée d’éléments légers : paraffine ou polyéthylène dont les molécules comprennent des noyaux d’hydrogène. Efficaces pour ralentir les neutrons. Une autre partie de l’enveloppe comprend des métaux: plomb, acier et cuivre électrolytique. Ceci afin de "tuer" les radioactivités alpha, bêta et gamma. "Edelweiss se maintient dans le peloton de tête des trois expériences les plus sensibles au monde sur la matière noire" estime Gabriel Chardin. "Elle rivalise avec le Cold Dark Matter Search (CDMS) américain et devance le Gran Sasso italien."

Le modèle favori reste celui des particules exotiques de supersymétrie. Leur masse serait comprise entre 10 et 1000 milliards d’électrons-volts. L’énergie d’interaction (force faible dans le super-monde) se mesurerait en dizaines de milliers d’électrons-volts. Elle provoquera un dépôt de chaleur d’environ un millionième de degré. "Un second canal mesurera l’ionisation et les charges électriques créées afin de rejeter des milliers de fausses alertes mensuelles".

Edelweiss I a fonctionné jusqu’en mars 2004 avec un cœur sensible d’un kilo (3 x 320 g) et une équipe de quinze personnes. À l’automne 2005, Edelweiss II lui succèdera autour de 10 kilos et d’un cryostat de 100 litres entouré d’un blindage de 110 tonnes. Quarante personnes sont impliquées dans cette phase financée à hauteur de 4,5 millions d’euros en collaboration avec l’Allemagne. "Déjà première de sa catégorie en 2002, Edelweiss redeviendra l’expérience la plus performante du monde pour la recherche de la matière noire", indiquent ses responsables.


Pour en savoir plus :

Les premiers pas d'Edelweiss II pour détecter la matière noire
Communiqué de presse CNRS / CEA du 23 mars 2006

Edelweiss : traquer les Wimps pour retrouver la piste de la matière noire
Communiqué de presse CNRS / CEA du 31 mai 2002