UN DÉTECTEUR DE NEUTRINOS SOUS LA GLACE POURRAIT PRENDRE LA TEMPÉRATURE DE LA STRATOSPHÈRE

La stratosphère au-dessus de l’Antarctique change à l’échelle des décennies, avec la récupération de la couche d’ozone et l’évolution de la circulation autour du pôle. Mais l’intérieur du continent est l’un des endroits les moins instrumentés de l’atmosphère. Les reconstructions météorologiques — des « réanalyses » qui combinent des observations éparses avec un modèle de prévision — comblent le vide, et ne valent que ce que valent les observations qui les nourrissent. Une mesure indépendante serait précieuse.

Elle existe peut-être déjà, par hasard. IceCube est un observatoire de neutrinos d’un kilomètre cube, avec plus de 5 000 capteurs de lumière enfouis entre 1 450 et 2 450 mètres de profondeur dans la glace du pôle Sud. En plus de ses rares neutrinos, il enregistre un flot bien plus abondant de muons — des particules créées quand les rayons cosmiques frappent la haute atmosphère — à environ 2 150 par seconde. Pour les chasseurs de neutrinos, c’est du bruit de fond. Mais leur nombre dépend de la température de l’air au-dessus.

Pourquoi les muons sentent la température

Les rayons cosmiques qui frappent l’atmosphère créent des particules éphémères, les pions et les kaons. Chacune se désintègre en muon, ou heurte d’abord une molécule d’air. Quand la stratosphère se réchauffe, elle se raréfie à une altitude donnée : davantage de ces particules se désintègrent en muons avant de heurter quoi que ce soit. Le taux d’IceCube suit donc les saisons, montant et descendant d’environ 8 % autour de sa moyenne, et une variation de 1 % de la « température effective » — une moyenne pondérée de la colonne d’air — change le taux de muons d’environ 0,75 %.

La pondération compte. Environ 94 % du poids vient de l’air au-dessus de 8 kilomètres environ, avec un pic vers 14 kilomètres : les muons d’IceCube renseignent surtout sur la stratosphère, en une seule moyenne sur la colonne.

Un test de faisabilité

Tanvi Krishnan et Carlos Argüelles, de l’université Harvard, et Gabriela Barenboim, de l’université de Valence, se sont demandé si le même signal pouvait suivre des tendances lentes, sur des décennies. Ils n’ont pas utilisé le vrai taux d’IceCube : ils ont construit des comptes de muons simulés à partir des reconstructions publiques de température au pôle Sud, de relevés cosmiques et solaires, et de la sensibilité et du taux publiés par IceCube.

Leur calcul reproduit l’oscillation saisonnière mesurée par IceCube. Une tendance de long terme a une autre forme verticale — la stratosphère se refroidit pendant que l’air plus bas se réchauffe — et la réponse s’avère environ 3 % plus forte que la réponse saisonnière, une petite correction. Le Soleil ne gêne presque pas : les rayons cosmiques à l’origine des muons d’IceCube sont si énergétiques, des milliers de milliards d’électronvolts, que l’activité solaire ne change leur flux que de 0,01 à 0,13 %.

(a) La température effective au-dessus du pôle Sud depuis 1979, en refroidissement de 0,58 kelvin par décennie en moyenne. (b) La tendance ajustée dépend de la longueur de la fenêtre et peut même changer de signe : toute mesure doit préciser sa fenêtre. — Figure 3, Krishnan, Barenboim & Argüelles (2026), arXiv:2611.00918.

Tout repose sur la stabilité

Avec quelque 2 000 muons par seconde, les fluctuations aléatoires du comptage lui-même sont négligeables. La vraie limite est la stabilité du détecteur. Si le compte de muons dérivait lentement pour une raison instrumentale, cette dérive serait lue comme un changement de température :

une dérive de 1 % par décennie du taux imite une tendance de 2,8 kelvins (2,8 °C) par décennie.

Depuis 2011, les reconstructions montrent une stratosphère qui se refroidit d’environ 0,9 kelvin par décennie. Pour ne pas fabriquer une tendance de cette taille, le taux du détecteur doit rester stable à environ 0,3 % par décennie. Contrairement au bruit aléatoire, une telle dérive ne s’efface pas avec davantage d’années de données.

Conversion d’une dérive non prise en compte du taux de muons en fausse tendance de température : le signal attendu (pointillés) correspond à une dérive d’environ 0,3 % par décennie. La bande bleue est la dérive prévue à cause de la neige qui s’accumule au-dessus du détecteur. — Figure 4, Krishnan, Barenboim & Argüelles (2026), arXiv:2611.00918.

Même la météo de surface joue un rôle. La neige s’accumule au pôle Sud à raison d’environ 8 centimètres d’équivalent eau par an — la hauteur d’eau qu’elle donnerait une fois fondue — épaississant lentement la glace au-dessus d’IceCube. Un bouclier plus épais arrête plus de muons : les auteurs prévoient une baisse de 0,09 à 0,18 % par décennie, soit 0,24 à 0,51 kelvin par décennie de faux refroidissement — de même signe que la vraie tendance, d’un quart à la moitié de sa taille. Parce qu’on peut la prévoir, on peut l’intégrer à l’analyse.

Combien de temps attendre

La stratosphère polaire est agitée : les températures mensuelles varient d’environ 2,5 kelvins. Avec 14 ans de données — le relevé 2011-2025 —, la sensibilité statistique, c’est-à-dire la plus petite tendance que le relevé pourrait confirmer à 95 % malgré ces sautes, est de 1,6 kelvin par décennie, insuffisante pour confirmer le refroidissement de 0,9 kelvin. Elle atteint 0,93 après 20 ans, 0,51 après 30 et 0,33 après 40. Le refroidissement de l’ère IceCube pourrait être confirmé avec un relevé d’environ 22 ans, huit de plus que les 14 écoulés depuis 2011 — si le détecteur tient bon.

Prochaine étape : appliquer la méthode au vrai taux d’IceCube, avec ses propres caprices instrumentaux. Les auteurs notent qu’elle vaudrait pour tout détecteur profond dont on connaît la couverture de roche ou de glace.