DES RAYONS COSMIQUES QUI SENTENT LA MARÉE

Quand les rayons cosmiques venus de l’espace frappent l’atmosphère, ils produisent des particules appelées muons, qui pleuvent jusqu’au sol. Les muons sont assez robustes pour traverser d’épaisses couches de roche ou d’eau. Robustes, mais pas invincibles : plus ils ont de matière à traverser, moins ils sont nombreux à passer. Comptez les muons qui arrivent sous une montagne, une pyramide ou un volcan, et vous pouvez en déduire la masse qui se trouve au-dessus de vous. C’est la muographie.

Suivre un gros objet immobile est une chose. Suivre une masse qui ne varie que de quelques mètres, heure après heure, demande bien plus de précision — d’autant que le flux de muons fluctue aussi avec la température et la pression de l’air. Une équipe de l’université Chung-Ang, à Séoul, a trouvé le banc d’essai idéal : la mer elle-même.

Un tunnel sous la marée

Le tunnel sous-marin de Boryeong, en Corée du Sud, court sur 6,9 kilomètres sous la mer, au large de la côte ouest de la Corée. Les marées y font monter et descendre l’eau d’environ 4 mètres. En un point du tunnel, la station 5593, la roche au-dessus est au plus mince — 26 mètres — et l’eau de mer au plus épais, 33,8 mètres. C’est là que l’équipe a posé son détecteur.

Il est simple : deux plaques de plastique d’un mètre sur un demi-mètre, superposées à 42 centimètres l’une de l’autre. Un muon qui traverse les deux plaques laisse un éclair de lumière dans chacune. Le détecteur a fonctionné sans interruption pendant 31,6 jours, du 11 août au 12 septembre 2025, et enregistré environ 1,9 million de muons — à peu près 2 500 par heure.

Le compte suit la mer

Le nombre de muons par heure monte et descend au rythme de la marée, en miroir du niveau de la mer : mer haute, moins de muons ; mer basse, davantage. La corrélation avec le marégraphe officiel, à 6,6 kilomètres, est forte (r = −0,85).

• Chaque mètre de mer en plus au-dessus du détecteur réduit le nombre de muons de 1,72 %. Une simulation informatique du tunnel prévoyait 1,89 % par mètre, proche de la mesure.
• Le rythme dominant se répète environ toutes les 12 heures et demie — la marée principale, due à la Lune. Le cycle de deux semaines entre fortes et faibles marées apparaît aussi.
• Pendant la plus forte marée du mois, le compte est monté de près de 9 % au-dessus de la moyenne : environ 5 mètres d’eau en moins au-dessus, pendant quelques heures.
• Ajouter la pression et la température de l’air au modèle ne change rien de mesurable. Le signal vient de l’eau.

L’équipe a aussi promené le même détecteur portable dans tout le tunnel, dix fois. Le nombre de muons chute sous la partie centrale, la plus profonde, et remonte vers les deux entrées. Un modèle avec la roche seule ne reproduit pas ce profil : il faut compter l’eau de mer.

Sept minutes d’avance

Un détail a surpris l’analyse : le détecteur enregistre chaque marée environ 7 minutes avant le marégraphe de Boryeong (un écart de 2,6 sigma). Comparé à six marégraphes de la côte, ce décalage suit la latitude. Réparti sur 6,6 kilomètres, il correspond à une marée qui avance à environ 16 mètres par seconde, ce que les auteurs jugent cohérent avec la propagation des marées en eau côtière peu profonde.

Peser plutôt que mesurer

Un marégraphe enregistre la hauteur de l’eau en un point. Les muons font autre chose : ils pèsent toute la colonne de matière au-dessus du détecteur. Les auteurs proposent l’étape suivante — reconstruire la direction de chaque muon, pour distinguer un changement de masse totale d’un changement dans sa répartition. Au-delà des marées, tout système naturel dont la charge varie dans le temps pourrait être surveillé de la même façon, par en dessous, sans le toucher.