Contexte scientifique
Les géoneutrinos sont des antineutrinos électroniques émis lors de la désintégration radioactive du uranium-238, du thorium-232 et du potassium-40 dans le manteau et la croûte terrestres. Leur production représente la principale source de chaleur interne, estimée à environ 20 TW sur le flux total de 47 TW mesuré à la surface. Parce que les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière, ils traversent la planète sans être absorbés, offrant ainsi un moyen direct d’interroger la distribution des éléments radioactifs.
Détection et mesures
Les expériences Borexino (Italie) et KamLAND (Japon) ont détecté plus de 1 000 géoneutrinos depuis leurs mises en service (2007 et 2002). La mesure s’exprime en Terrestrial Neutrino Units (TNU), où 1 TNU correspond à un événement détecté par 10³⁰ protons cible pendant un an. Borexino rapporte un flux de 38 ± 12 TNU, tandis que KamLAND indique 36 ± 8 TNU. Ces valeurs, combinées à la géométrie des détecteurs, permettent d’isoler la contribution du manteau du signal total.
Modélisation du flux géoneutrinique
Les chercheurs intègrent les données de géochimie (concentrations d’U, Th, K) et de sismologie (épaisseur des couches) dans des modèles 3D du manteau. En comparant les prédictions de flux à 30 TNU (mantle‑only) avec les observations, ils affinent les estimations de la production de chaleur radiogénique. Le modèle actuel suggère que le manteau contribue ≈ 18 ± 5 TW, soit près de 40 % du flux total, ce qui réduit l’incertitude sur la dynamique convective du manteau.
Limites et perspectives
La principale limitation provient du bruit des réacteurs nucléaires, qui génèrent des antineutrinos d’énergie similaire. Par exemple, le signal de fond de KamLAND représente ≈ 30 % du total. De plus, la faible interaction croisée (≈ 10⁻⁴⁴ cm²) impose des volumes de cible de plusieurs kilotonnes pour obtenir des statistiques significatives. Les projets futurs – Jinping (Chine), SNO+ (Canada) et le détecteur JUNO – prévoient des profondeurs supérieures à 2 km et des masses cibles dépassant 20 kt, ce qui devrait réduire les incertitudes à moins de 5 % d’ici la prochaine décennie.
