GT17 Interface avec les sciences de la terre et de l’environnement Animateurs IN2P3: C.Cârloganu (LPC), J.Marteau (IPNL) Animateur IRFU: T.Stolarczyk (SPP) Contributeurs : R.Barbier (IPNL), V.Breton (LPC), O. Corpace (SIS), J.Duprat (CSNSM), C.Engrand (CSNSM), S.Escoffier (CPPM), I. Giomataris (SPP), C. Landesman (Subatec), K.Louedec (LPSC), F.Montanet (LPSC), F.Piquemal (Modane), P.Salin (LSBB), T.Stolarczyk (SPP), A.Tonazzo (APC), C.Vallée (CPPM), G.Vasileiadis (LUPMontpellier)

Introduction Enjeux spécifiques aux Sciences de la Terre et de L’environnement

Spécificités des enjeux en Sciences de la Terre Défis scientifiques et sociétaux Nécessité de développer des outils de surveillance & de prévision des risques naturels sur le long terme Améliorer la compréhension de systèmes complexes dans une approche de modélisation globale Gérer (concentrer, analyser, stocker) une information diffuse

Préconisations Prospectives INSU Création des Observatoires des Sciences de l’Univers (OSU) : surveillance, prévision, exploitation/protection des milieux naturels Mise en place de programmes nationaux, ambitieux, multi-disciplinaires, multi- organismes pour l’observation, l’instrumentation et la modélisation

L’environnement - champs de valorisation pour IN2P3/IRFU Champ de valorisation, naturel à exploiter par nos instituts, de la même manière que le bio-médical Positionnement critique par-rapport aux missions de l’INSU Retour scientifique/technique et retour d’investissement pour nos instituts

Modélisation et simulation des systèmes géologiques Nécessité de développer une stratégie au niveau national Favoriser l’utilisation des ressources par les observateurs Développer les méthodes de traitement de données

Interactions avec IN2P3/IRFU Deux axes de collaboration identifiés: Transfert de technologie, de savoir-faire (instrumentation, analyse, simulation) pour développer de nouvelles techniques de mesure Utilisation conjointe des observatoires astro-particules et grands équipements (AUGER, HESS, CTA, LSM, ANTARES…)

Thématiques Situation actuelle et perspectives Géosciences Physique de l’atmosphère Etudes environnementales Physique des milieux marins Planétologie

Géosciences, volcanologie Tomographie des structures géologiques par muons: DIAPHANE, TOMUVOL, T2DM2 Technologies et expériences HEP valorisées (RPC/ILC, µMEGAS, scintillateurs/OPERA) Richesse, diversité des cibles géologiques Retour scientifique et visibilité Structure commune à définir

Géo-neutrinos Messagers uniques des distributions de 238 U, 232 Th et 40 K dans le manteau, inaccessibles a la radiochimie Mesures pionnières: KamLAND, Borexino Programmes liés aux développements Mégatonne Objectifs: étude du rapport U/Th de la croûte terrestre; étude séparée de la contribution du manteau (adaptation des lieux et des techniques de détection); étude des distributions de 40 K

Environnement : effets de la radioactivité Expertise développée au LSM sur les mesures spectro d’ultra-faibles radioactivités ◦Etude des effets anthropiques récents ◦Etude de la variabilité de la composition atmosphérique présente et passée ◦Etude des cycles biogéochimiques de l’atmosphère en corrélation avec des changements climatiques ◦Géochimie marine et continentale ◦Surveillance de l’environnement : mesure de l’eau de pluie par l’IRSN, caractérisation des solides en suspension et des polluants associés dans les rivières, suivi des retombées de Fukushima… Mesures d’objets archéologiques Etudes du développement de bactéries E. Coli dans un environnement non radioactif et conséquences Collaboration plus étendue Subatech, LPC Clermont, LSM, CENBG sur les études des effets des expositions chroniques des organismes vivants à la radioactivité

Environnement : radiochimie Stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde et en surface ◦Études du transfert des radionucléides (RN) et des métaux lourds dans la formation d’accueil d’un potentiel site de stockage en profondeur, ◦Études de l’effet des colloïdes et des bactéries (sulfato- réductrices) sur le transfert des RN ◦Études de cycle biogéochimique d’éléments d’intérêt pour le stockage tels que le sélénium ou le chlore (radioécologie). Approche complementaire: expérimentation & simulation Etude des RN dans les sols dûs à l’activité humaine; radioécologie Collaboration : service de métrologie (SMART), OSU Nantes, LGPN/INSU

Environnement : ForFire, ICOS Integrated Carbon Observation System: observatoire européen des flux de gaz à effet de serre: ◦futur réseau de stations de mesures atmosphérique, écosystème et océanique ◦compétences IRFU : intégration d’instruments et supervision (expertise technique) FORFIRE : développer un système de détection de feux de forêt en utilisant un photo-détecteur UV de type Micromegas: ◦Intégration à un projet européen ◦Participation active Irfu (Project FP7–SME–2008–1) ◦Sur le long terme intégration à des réseaux de surveillance

Planétologie Etude des micrométéorites pour comprendre la formation planétaire ◦constitution de collections non biaisées (échantillons polaires)  la collection Concordia ◦Quantification du flux de matière interplanétaire sur Terre. ◦Origine de l’eau sur les planètes telluriques Transfert de technologie PN  INSU Retour scientifique important, thématique en développement à l’INSU Collecte à Dôme C Antarctique CONCORDIA Collection CSNSM-IN2P3-CNRS

Grands équipements Grands instruments structurants existants et futurs AUGER HESS, CTA ANTARES-MEUST MégaTonne

Atmosphère : Auger, HESS, CTA AUGER: détecteur hybride des RCUHE, avec télescopes à fluorescence ( nm) HESS (CTA) : détecteurs Cherenkov au sol des gerbes induites par les γ’s (bleu) L’atmosphère est le calorimètre  programmes spécifiques dédiés à sa surveillance

Atmosphère (I) : AUGER variables d’état atmosphériques 5 stations météo lancers de ballons mesure des aérosols (fines poussières) 2 lasers centraux UV + 4 LiDARs + 2 APFs couverture nuageuse 4 caméras IR Collaboration IN2P3/INSU: LPSC / LISA / LaMP Projet accepté par la collaboration Auger en mars dernier développement d’un modèle d’évolution des l’aérosols pour le continent Sud-Américain (impact en climatologie) lien entre aérosols, précurseurs ioniques et cosmiques renforcement et valorisation des mesures atmos. dans le cadre des réseaux GAW/WMO ou AERONET/NASA Surveillance de l’atmosphère

Atmosphère (II) : HESS (CTA) Programme dedié suivi de l’atmosphère: 1 LiDAR type élastique à deux longueurs d’onde 1 LiDAR RAMAN envisagé pour CTA Outreach physique de l’atmosphère: collaboration du LUPM avec CEILAP (Argentine) et IFEA/UAB (Espagne) caractérisation de l’effet de la combustion de la biomasse sur la couverture en aérosols sur le continent africain valorisation des mesures atmosphériques dans le cadre de GAW de la WMO ?

Physique des milieux marins ANTARES-MEUST-KM3NET Infrastructures cablées mono-sites (ANTARES/MEUST) ou multi- sites (KM3NET) permettant la surveillance de eaux profondes (2km) en Méditerrannée: Réseaux optiques (photomultiplicateurs, bio-caméra EBCMOS), acoustiques (hydrophones AMADEUS), sismiques (sismographes à large bande), consommation d’oxygène (IODA) Mesures temperature, courant, etc.. Outreach géophysique, océanographie, climatologie (Collab. avec GeoSciences Azur, COM, participation à ESONET, EuroSITES) Réseau d’alerte de tsunami Circulation des masses d’eau profondes Mesures de l’activité biologique et des paramètre biogéochimiques Surveillance des mammifères marins Étude de la bio-luminescence marine

Géo-physique auprès du MégaTonne Trois options considérées (FP7 LAGUNA-LBNO): MEMPHYS (500kt Cherenkov à eau), LENA (50kt scintillateur liquide), GLACIER 100 kt Argon liquide LENA (Low Energy Neutrino Astrophysics) =Observatoire des géo-neutrinos (1000evts/an) Mesure du flux total au pourcent Mesure du rapport U/Th entre 17 et 35% en fonction du site choisi

Prospectives Recommandations et Analyse de risques

Incitation aux développements Les Sciences de la Terre ont un intérêt scientifique et sociétal capital La valorisation des techniques et méthodologies innovantes issues de la PNPP par l’interdisciplinaire doit apparaître comme un enjeu transverse prioritaire de l'IN2P3/IRFU – INSU Incitations aux développements et transferts de technologie

Soutien financier Définir des appels d'offres ciblés et pérennes (ex. programme P&U de l’IN2P3) pour amorcer les développements et leur permettre d’arriver à une maturation suffisante Structuration des réponses aux appels d'offre des réseaux européens par l’IN2P3/IRFU Incitation par les tutelles d’un dialogue institutionnel avec des acteurs locaux (Universités, Régions) ou scientifique avec des chercheurs extérieurs aux instituts.

Retour sur investissement Ne pas se limiter à la valorisation technique Engager la réflexion sur la modélisation, l’analyse de la situation physique et/ou instrumentale Maintenir un niveau de compétitivité attractif / lancer des R&D hasardeuses

Grands observatoires Probablement le cadre de collaboration le plus pérenne Valorisation par les tutelles IN2P3/IRFU à l’extérieur des opportunités offertes par les grands équipements pour créer la dynamique Intégrer la dimension interdisciplinaire à part entière Soutien en postes dès que l’activité se structure

Enjeux sociétaux Dimension particulière aux sciences de la terre et de l’environnement, en gal absente du contexte PNPP Positionnement institutionnel clair sur les enjeux sensibles, nucléaire, réchauffement climatique