L’expertise maritime de la Comex au service de la recherche sur les neutrinos

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Publié

03/14/2019
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Comex

Mar 14, 2019

Qu’est-ce qu’un neutrinos ?

 

Les neutrinos sont des particules élémentaires neutres et de masse quasiment nulle. Ils sont produits lors de réactions nucléaires issues de cataclysmes cosmiques extrêmement violents tels que les trous noirs, les supernovas et le Big Bang.

Une fois produits, ils se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. Du fait de leur charge électrique nulle ils se déplacent en ligne droite sans s’arrêter traversant les étoiles et les planètes comme si elles n’existaient pas, jusqu’aux frontières de l’Univers. La terre est traversée par des trillons de neutrinos chaque nanoseconde.

De part leur nature ils sont donc extrĂŞmement difficiles Ă  dĂ©tecter. Heureusement, il arrive qu’Ă  de rares occasions, un neutrino de haute Ă©nergie entre en collision avec un atome. La collision dĂ©sintègre le noyau de celui-ci et le neutrino se transforme en une autre particule appelĂ©e muon.

Le muon ainsi crĂ©Ă© continue son dĂ©placement sur une trajectoire quasi identique Ă  celle du neutrino et peut -ĂŞtre reconnu grâce au cĂ´ne de lumière bleue qu’il engendre, connu sous le nom de radiation de Tcherenkov. Afin de dĂ©tecter ce grain de lumière il faut des dĂ©tecteurs extrĂŞmement sensibles et dans le noir total.

Crédit photo : KM3NeT

Pourquoi et comment observer les neutrinos ?

 

Les neutrinos comportent des informations sur les évènements cataclysmiques qui les ont produits, ils sont considérés par les scientifiques comme des messagers.

L’observation de neutrinos de haute Ă©nergie offre un regard nouveau sur l’Univers.

On les observe à l’aide de télescopes d’un genre particulier. Puisque les neutrinos interagissent quasiment pas avec la matière et afin d’être protégés des rayonnements cosmiques, ils sont généralement enfouis sous terre dans de grandes cavités remplies de liquide.

ANTARES et KM3NeT

 

ANTARES
(Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental Research) : il a été, lors de sa construction, le plus grand télescope à neutrinos de l’hémisphère nord et le premier construit en milieu marin. En opération depuis 2006, il est installé par 2500 mètres de profondeur à 40 kilomètres au large de Toulon (France).

Le but principal d’ANTARES est la recherche de neutrinos cosmiques provenant des phénomènes violents de l’Univers. Il est composé de 900 photomultiplicateurs répartis en 12 lignes sur une surface de 0,1 km2 et sur environ 450 mètres de hauteur.

Les neutrinos détectés sont en fait les rares particules qui interagissent avec la matière au voisinage du détecteur donnant alors un muon qui sera détecté par effet Tcherenkov (rayonnement de lumière bleue).

Contrairement aux télescopes optiques, ANTARES regarde vers le bas (à travers la Terre). Ce flux, traverse la terre par l’hémisphère sud, et monte du plancher océanique vers la surface par l’hémisphère nord.

KM3NeT
(cubic Kilometer Neutrino Telescope) : conçu grâce au retour d’expérience du détecteur ANTARES, ce télescope de seconde génération est en cours d’installation dans les abysses de la Méditerranée.

Un premier détecteur, baptisé ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), installée au large de la Sicile, est dédiée à la recherche de neutrinos de grande énergie provenant de cataclysmes de l’Univers tels que des supernovas ou la formation et l’évolution de trous noirs. Un second détecteur, baptisé ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), est en construction au large de Toulon. Il permettra une détermination de la hiérarchie de masse des neutrinos, en étudiant précisément le flux des neutrinos atmosphériques traversant la Terre.

Ces infrastructures sous-marines constituent également une véritable plateforme d’expérimentation pluridisciplinaires accueillant de nombreuses études dans les domaines des sciences de la mer, de la Terre et de l’environnement dans le cadre des observatoires fonds de mer EMSO.

Ce projet est financé avec le concours de la Région (Contrat Plan Etat-Région), de l’Etat (Délégation Régionale à la Recherche et à la Technologie) l’Union Européenne (Fonds Européen de Développement Régional).

L’expertise maritime de la Comex au service de la recherche

 

Support de surface JANUS 2

 

Présentation générale

Le navire de recherche JANUS 2 est un catamaran de 30 mètres à positionnement dynamique permettant à notre équipe pluridisciplinaire d’utiliser un grand nombre d’équipements océanographiques et hydrographiques.

Il permet d’effectuer à la fois des campagnes de :

  • Mesures gĂ©ophysiques complètes : Sonar LatĂ©ral, MagnĂ©tomètre, Sondeur Multifaisceaux, Sondeur de sĂ©diments.
  • Mesures gĂ©otechniques : CPT.
  • Etudes environnementales : Biologie, SĂ©diments.
  • Inspections ROV : Visuelle GVI / CVI, dĂ©bris survey, photogrammĂ©trie sous-marine, mĂ©trologie ORUS 3D, modĂ©lisation 3D submillimĂ©trique.
  • Assistance travaux sous-marins jusqu’à 2500 m.
  • Plateforme plongeurs.

Les ROV, mobilisés en permanence sur le navire, permettent à tout moment une très bonne complémentarité des outils de mesure. Ceci facilite les campagnes d’inspections sous-marines, sans faire intervenir de partie tierce et en s’affranchissant de mobilisations intermédiaires éventuelles.
Le JANUS 2 peut opérer deux ROV simultanément, le « SUPER ACHILLE », un ROV 1000 m, ainsi qu’un ROV 2500 m modèle APACHE.
Le positionnement dynamique (DP) du JANUS 2 permet deux modes de navigation à partir de deux propulseurs azimutaux et deux propulseurs d’étrave.

 

 NAVIRE MOBILE

Le navire JANUS 2 peut assurer le suivi d’un ou de plusieurs mobiles équipés de transpondeurs sous-marin, ROV, AUV, etc suivant deux modes, soit en cap constant, soit en alignement automatique du navire sur la cible.

 

 

 NAVIRE FIXE

Le DP maintient le navire en position fixe par rapport au fond en utilisant soit le système « DGPS » ou soit une balise acoustique fixe par rapport au fond (transpondeur).

Moyens sous-marin le ROV APACHE

Le JANUS 2 est Ă©quipĂ© du robot d’observation sous marin filoguidĂ© APACHE Subatlantic pouvant atteindre 2500m de profondeur. L’APACHE est reliĂ© Ă  son garage appelĂ© « TMS » (Tether Management System) par une longe de 200m.

La TMS joue également un rôle de relais et distribution : de puissance (conversions) et de données (multiplexées) entre le robot et la surface.La TMS est fixée mécaniquement sur un câble électroporteur à fibre optique de 3000m.

Le couple APACHE/TMS offre une solution d’inspection robuste et sĂ»re dans toute la colonne d’eau, en champ proche de structures complexes comme en inspection de survey systĂ©matique continue (en liaison DP Navigation « autofollow ») jusqu’Ă  0.8 Kts.

Notre Robot APACHE est compact, lĂ©ger et très manĹ“uvrant. Des Ă©quipements et outils spĂ©cifiques peuvent ĂŞtre installĂ©s Ă  la demande (alimentation Ă©lectrique et hydraulique disponible.) L’APACHE peut ĂŞtre considĂ©rĂ© comme une plateforme multi-instrumentĂ©e permettant de rĂ©pondre aux besoins spĂ©cifiques des missions tel que : Support travaux sous-marins, PhotogrammĂ©trie/mĂ©trologie submillimĂ©trique, debris survey, CVI/GVI, TSS, SSS/SBP etc.

Principales Caractéristiques :

Dimensions H x L x l (mm) : 820 x 900 x 700
Poids dans l’Air / Eau (kg) : 140 / Neutre
Puissance (kVA) : 7,6 kVA / 440 VAC, 50/60 Hz, 3 phases + neutre
Profondeur maximum d’opération (m) : 2 800
Longueur câble électroporteur (m) : 2700
Longueur laisse (m) : 120 m (peut ĂŞtre Ă©tendue Ă  250m)

Propulsion :

4 thrusters
2 thruster longitudinal FW (kg): 50 / RV (kg): 40
1 thruster latéral (kg): 30
1 thrustervertical (kg): 30

Payload (kg) : 30


Communication : FO single mode

Capteurs et accessoires :

1 camera couleur KONGSBERG Ă  support inclinable
1 camera grand angle BOWTECH
1 mini camera BOWTECH
1 Camera HD
4 projecteurs Deepsea Power&Light 250 W
1 sonar panoramic TRITECH Seaprince 675 kHz
1 altimètre PA500
1 capteur de pression
1 skid hydraulique avec 2 manipulateurs HYDROLEK 5 axes.
1 pompe de jetting
1 Gyroscope fluxgate
1 Centrale attitude MRU+Altimètre: ISA 500 (optionnel)

Modes automatiques :

• Auto Heading
• Auto Altitude

Sur le site d’ANTARES

C’est en 2012 que le département Marine de la Comex rejoint le projet et réalise une opération de connexion à -2500 m de profondeur, d’une ligne de capteurs photosensibles à l’aide du ROV APACHE.

Il s’agit de la première opération de connexion à -2500 m avec un ROV de classe observation.
Pour répondre aux spécifications de travail sur le site ANTARES, des modifications ont dû être apportées au ROV (deux bras hydrauliques, trois voies vidéos, un système de nettoyage des connecteurs optiques).

COMEX et le CNRS – CPPM ont travaillé conjointement pour la réalisation d’un outillage adapté qui a été développé au CPPM dans le cadre du projet MEUST NUMerEnv KM3NeT.

Etude et Conception du pied de ligne MEUST NUMerEnv – 2500 m

 

Faisant suite au programme ANTARES, le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM, AMU-CNRS/IN2P3) a lancé le programme MEUST NUMerEnv /KM3NeT.

 

Dans le cadre de ce projet, c’est en 2014 que la COMEX a été chargée de concevoir la plateforme support de la ligne de photomultiplicateurs. Ce support sera déployé à 2500 m de profondeur pour maintenir la ligne, assurer sa stabilité et permettre la connexion sous-marine par un câble de liaison à la boîte de jonction. Cette plateforme supporte le système de connexion « Wet meatable » développé au CPPM

COMEX a participé en collaboration avec le navire CASTOR 2 de Foselev Marine au déploiement et à la connexion de la première ligne KM3NeT/ORCA ainsi qu’à la mise en place d’un module instrumenté à des fins environnementales.

La ligne conditionnée a été descendue à partir du CASTOR 2 sur un fond de 2500 m. Le ROV APACHE de COMEX opéré depuis le JANUS II a assisté au positionnement de la ligne à 25 m du Nœud à une profondeur de 2500 m. Il a ensuite procédé au déroulage du câble de liaison et au raccordement des connecteurs électro-optiques ODI sur le Nœud principal relié à terre. La ligne compactée a enfin été libérée par le ROV.

Crédit photo : CNRS Image
Crédit photo : IFREMER
Crédit phot : CPPM
Crédit photo : km3NeT

Architecture du système

 

L’architecture du système telle qu’envisagée par COMEX est issue des expériences acquises au cours des dernières années dans le cadre de ses travaux pour le compte du CPPM (Centre de Physique des Particules de Marseille) sur les installations d’ANTARES et NUMerEnv / KM3NeTt.

L’infrastructure est composée de 5 « nœuds » répartis autour du détecteur. Chaque nœud comporte une boîte de jonction à laquelle sont connectées 2 lignes (6 groupes de 4 lignes). Les lignes sont espacées de 20 m dans la configuration dense (ORCA) nécessitant une grande précision dans les opérations de pose et de connexion. Les lignes sont interconnectées et connectées à la boîte de jonction par l’intermédiaire de connecteur « wet mateable » de type ODI.

Ainsi, une fois le pied de ligne déposé sur le fond, le ROV vient récupérer le connecteur avec le câble de liaison lové sur la structure, l’amène jusqu’à la boîte de jonction et le connecte à l’aide de l’outillage spécifique développé par le CPPM.

En accord avec le CPPM, COMEX souhaite reconduire une architecture basée sur ce retour d’expérience afin de satisfaire aux exigences de ce marché et d’assurer une maintenabilité optimale du site en limitant les coûts opérationnels.

 

Retour d’expérience

 

Ces 2 installations ont été réalisées par 2500 m de profondeur. ANTARES, après presque 20 ans d’exploitation, est toujours opérationnel et les choix techniques reconduits sur le projet NUMerEnv / KM3NeT bénéficient donc de toute cette période de retour sur expérience.

Au travers de ces multiples références et expériences, COMEX démontre sa capacité à gérer des projets de maintenance en conditions opérationnelles d’installations telles que celles de TREMAIL.

COMEX a une capacité en expertise et ingénierie marine pour la conception mécanique de structures support d’hydrophones (DGA – TMF) ou de lignes de capteurs photosensibles (MEUST NUMerEnv). Son Bureau d’Etude conçoit et réalise les outillages nécessaires à chaque opération et rédige les procédures d’intervention.

Avec son retour d’expérience sur les projets similaires à celui concerné par ces opérations, COMEX a la capacité à concevoir une architecture système répondant au besoin de la DGA en spécifiant les différents sous-ensembles, en gérant les approvisionnements, l’intégration, la réalisation des interfaces et l’installation sur site.

De par ses travaux dans des activités Défense sensibles comme la conception, la réalisation, la fourniture et l’installation d’un système de visualisation haute vitesse pour intégration sur les sous-marins nucléaires lanceurs d’engins de la Marine Nationale en 2015, COMEX a su démontrer sa capacité à gérer les exigences de qualité et de suivi imposées par de tels projets.

De même COMEX a la capacité de répondre aux exigences relatives à la protection du secret et au respects de confidentialité.

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