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Les rayons Gamma viennent généralement de très loin, des environs des trous noirs, des supernovae et d'autres environnements cosmiques extrêmes. Ils sont souvent créés par des poussées d'électrons se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
Eclairs au-dessus de l'Arabie Saoudite, depuis la Station Spatiale Internationale [Nasa]
Dans les années 1980 et 1990, les physiciens ont découvert que les nuages d’orages émettent également des rayons Gamma, sous la forme de flashs courts et intenses de plusieurs millisecondes, appelés TGF (Terrestrial Gamma-ray Flash) ou de lueurs plus faibles et plus persistantes.
Le rayonnement Gamma dépend de fort champ électrique qui se développent dans les nuages d'orage. Si un électron de très haute énergie entre dans le champ électrique du nuage, il peut s’accélérer jusqu'à une vitesse proche de celle de la lumière et générer un rayonnement Gamma, en entrant en collision avec un atome d’air.
Réactions provoquées par le rayonnement gamma dans l'atmosphère [Nature]
Pendant le processus, les électrons se multiplient, chaque collision faisant sortir d'autres électrons des atomes dans une réaction en chaîne, ce qui génère une avalanche de particules. Dans le cas des lueurs Gamma, cette cascade de particules se produit à un rythme lent ; dans un TGF, elle est explosive.
Mais comment fonctionnent ces accélérateurs naturels de particules ? Les scientifiques ont de la peine à l’expliquer. Tout comme il est difficile d’expliquer pourquoi ces flashs (TGF) apparaissent au début des coups de foudre et sont éventuellement déclenchés par eux, alors que les lueurs peuvent commencer quelques minutes avant que la foudre ne se produise...
Campagne de mesure basée sur le concept de « science citoyenne »
Bien que les satellites aient repéré des milliers de flashes de rayons Gamma terrestres (TGF), les mesures depuis l'espace ne peuvent pas fournir une vue suffisamment proche pour révéler en détail le mécanisme qui les régit. Les nuages d’orages ne génèrent par ailleurs pas toujours des flash (TGF), d’où la nécessité de développer un réseau d’observation terrestre, plus précis et plus complet.
Yuuki Wada and Teruaki Enoto, principaux chercheurs de l'équipe Rikken Hakubi, devant une station de mesures, à Kanazawa [Thunderstorm Project/Nature]
L’installation et l’entretien d’un réseau sont assez coûteux mais l’équipe de recherche du laboratoire Rikken Hakubi de l’Université de Kyoto, dirigée par Teruaki Enoto, a réussi à mettre en place une première génération de détecteurs grâce à un don de 1,6 million de yens (15 000 dollars US) de 150 sympathisants par l'intermédiaire de la plateforme japonaise de financement de la recherche Academist.
L'équipe a également mis au point une deuxième génération de détecteurs il y a quelques temps. Plus petits et moins coûteux, ces derniers se présentent sous la forme de boîtes jaunes munies d’un GPS, nommées Compact Gamma-ray Monitor ou CoGaMo. Ils ont été installés dans des maisons, des jardins, des lycées ou des temples par le biais des réseaux sociaux.
Boitier de détection de rayons gamma de deuxième génération [TAC Inc/Thundercloud project/Nature]
Grâce à l’effort de la « science citoyenne » l'équipe espère ainsi avoir 50 détecteurs en fonctionnement dans les mois à venir, et 100 l'année prochaine. Ce qui permettra de mieux capter les rayons Gamma, de cartographier les événements et de les suivre tout au long de leur cycle de vie.
Au Japon, le projet est l'une des premières tentatives en physique pour exploiter les résultats de la recherche par le biais de la science citoyenne, déclare Yuko Ikkatai, membre de l'initiative et chercheuse en communication scientifique à l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers à Kashiwa.
Gage de réussite, le réseau de mesure a été installé à Kanazawa, l'un des meilleurs endroits pour capturer à la fois les lueurs et les flashs. Située au nord-ouest de l'île centrale de Honshu, au Japon, la ville voit régulièrement de puissants nuages d'orage arriver de Sibérie en hiver et planer à moins d'un kilomètre au-dessus du sol.
Philippe Jeanneret, avec la revue.