En 2017, Chamkaur Ghag, physicien à l’University College de Londres, a reçu un e-mail d’un collègue en Espagne avec une offre alléchante. L’année précédente, un professeur émérite de l’Université de Princeton, Frank Calaprice, avait appris que de vieux navires espagnols avaient coulé au large des côtes du New Jersey il y a 400 ou 500 ans, alors qu’ils transportaient une cargaison de plomb. Calaprice a obtenu quelques échantillons de ce plomb et l’a envoyé en Espagne, où un laboratoire enfoui dans les Pyrénées a testé sa radioactivité. C’était bas: exactement ce qu’Aldo Ianni, alors directeur du Laboratoire souterrain de Canfranc, espérait. Maintenant que le plomb coulé était offert à tout laboratoire de physique prêt à payer 20 euros le kilogramme — un prix assez élevé — pour cela.
Le plomb est extrait et raffiné partout dans le monde, mais ce plomb séculaire, assis dans une épave, a une qualité rare. S’étant assis profondément sous l’eau depuis avant la naissance des États-Unis d’Amérique, sa radioactivité naturelle s’est désintégrée à un point où elle ne crache plus de particules. Pour les physiciens des particules, cela le rend exceptionnellement précieux.
« C’est un peu comme de la poussière d’or », dit Ghag.
Oubliez le plutonium: de nombreux objets du quotidien, de la céramique au verre en passant par les métaux et les bananes, sont radioactifs, à des degrés divers. Si les particules de leur désintégration heurtaient les détecteurs des expériences de physique des particules, elles pourraient donner des faux positifs aux scientifiques et creuser des nids de poule sur la route de la découverte scientifique. Même les expériences elles-mêmes, construites à partir de toutes sortes de métaux, ont des composants légèrement radioactifs.
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Seulement quelques pouces de plomb peuvent protéger les détecteurs de toutes sortes de radiations indésirables, et l’un des meilleurs moyens de bloquer les particules sournoises et indésirables est de les entourer de plomb qui lui-même est à peine radioactif. La meilleure source d’un tel plomb se trouve être des navires coulés, dont certains sont des cadavres près des eaux côtières depuis deux millénaires.
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Les expériences de physique des particules recherchent les éléments constitutifs les plus fondamentaux du cosmos, y compris la matière noire, une substance encore invisible qui agit comme de la colle à l’intérieur et entre les galaxies. Cette piste ancienne aide donc l’humanité à percer les secrets de l’univers — mais l’obtenir présente souvent des incertitudes pratiques et éthiques.
Le plomb naufragé appartient à une classe d’articles appelés matériaux à faible niveau de fond, qui ont de très faibles niveaux de radioactivité intrinsèque. Il n’y a pas de norme convenue pour ce qui constitue un matériau à faible arrière-plan, mais, sur la base de la sensibilité au rayonnement de fond d’une expérience, il est clair quel niveau est nécessaire, explique Alan Duffy, astrophysicien à l’Université de technologie de Swinburne. « Si vous construisez un compteur Geiger, vous devez que le compteur Geiger ne se ramasse pas sur lui-même », dit-il.
Prenez de l’acier: C’est un excellent bouclier contre l’intrusion de particules vagabondes — à tel point que le Fermilab, un laboratoire de physique des particules et d’accélérateurs situé dans l’Illinois, en a utilisé des tonnes au cours des dernières décennies pour protéger ses propres expériences, explique Valerie Higgins, historienne et archiviste du Fermilab. Cet acier provenait fréquemment de navires de guerre déclassés, dont beaucoup existaient à l’époque de la Seconde Guerre mondiale ou de la Guerre de Corée, ou ont servi pendant celle-ci, notamment l’Astoria, le Roanoke, le Wasp, la Mer des Philippines et le Baltimore.
Le moment de ces conflits est important. À 5 h 29 le 16 juillet 1945, la toute première détonation d’engin nucléaire a eu lieu dans le désert de Jornada del Muerto, au Nouveau-Mexique. L’ère atomique avait commencé et, à chaque boule de feu nucléaire subséquente, d’autres retombées radioactives étaient dispersées dans le monde.
Pendant la guerre froide, cette contamination atmosphérique radioactive a été aspirée sans effort dans les hauts fourneaux lors de la fabrication de l’acier, explique Duffy. Cela a imprégné le produit final de rayonnement, le rendant impropre à de nombreuses expériences de physique.
Les traités d’interdiction des essais signifient que le monde est moins artificiellement radioactif aujourd’hui, mais qu’il est encore suffisamment radioactif pour que des particules se glissent dans l’acier. L’acier à faible fond peut être fabriqué dans un environnement scellé, souvent à un coût considérable, mais sinon la meilleure source est les navires de guerre déclassés, construits avant que le test de Trinity ne crée une cicatrice vitreuse dans la terre du Nouveau-Mexique. Non seulement il est peu radioactif, mais il est remarquablement bon marché.
Pourtant, alors que l’acier sert bien à toutes sortes d’expériences de physique des particules, le plomb règne en maître dans la recherche de la matière noire.
La matière noire représente 83% de toutes les choses de l’univers. Cela vaut clairement la peine d’être étudié, mais les scientifiques ne peuvent actuellement pas le détecter. Dans leur quête de cette substance insaisissable, ils ont construit toutes sortes d’expériences pour tenter de la détecter directement ou d’utiliser la présence d’autres particules pour démontrer son existence. Beaucoup de ces expériences, du SuperCDMS SNOLAB prévu en Ontario, au Canada, à la famille de détecteurs opérationnelle du Laboratoire souterrain de Canfranc dans les Pyrénées, sont construites profondément sous terre – où le rayonnement de surface ne peut pas passer et interférer avec leurs détecteurs.
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Étant des âmes sensibles, ces détecteurs ont encore besoin d’être protégés de leur environnement et de l’environnement. Chaque expérience de matière noire a une tolérance différente pour le rayonnement de fond. Pour le déterminer, « vous construisez essentiellement un détecteur virtuel » pour voir quels matériaux de blindage pourraient être les meilleurs, explique Duffy.
Parfois, un réservoir d’eau ou du plastique suffit pour empêcher les particules comme les neutrons de frapper accidentellement le détecteur, explique Ghag. Mais le blocage des rayons gamma pour certaines configurations expérimentales peut nécessiter du cuivre ou du plomb.
Le plomb ancien coulé est idéal, pas seulement parce que son isotope instable du plomb-210 se serait largement désintégré au cours des siècles en plomb-206 stable; la mer l’a également protégé des rayons cosmiques, ce qui peut déclencher la radioactivité d’un matériau. Calaprice, qui a aidé à concevoir des composants de plusieurs expériences sur la matière noire, était après cette avance espagnole au large des côtes du New Jersey pour ces raisons.
Cette charge particulière n’a pas encore été récoltée, mais magasiner de telles trouvailles est une routine. De temps en temps, Ghag explique: « Un laboratoire souterrain dira: « Hé, il y a une opportunité d’acheter une charge de plomb ancien — qui est là? »Ensuite, il est vendu aux enchères, si le matériau submergé peut être récupéré et qu’il y a suffisamment d’intérêt de la part de diverses parties.
Dans les eaux d’Europe et des environs, on trouve souvent du plomb à faible fond dans les navires coulés de l’antiquité romaine. Forgé à l’origine en pièces de monnaie, matériaux de construction et armes de guerre, il est maintenant dragué et vendu, entre autres, à des physiciens des particules.
Certains archéologues se sont ouvertement demandé s’il valait la peine de sacrifier des trésors archéologiques au nom de la science. À partir de 2010, par exemple, l’Observatoire Souterrain Cryogénique des événements rares en Italie a obtenu des centaines de lingots de plomb à utiliser pour ses expériences, le tout dans l’espoir de résoudre l’énigme de longue date de la raison pour laquelle la matière, et non l’antimatière, domine l’univers. Ces lingots provenaient d’un navire romain au large de la Sardaigne, qui a coulé il y a environ 2 000 ans et a une valeur archéologique considérable. Chacun d’eux était inscrit avec des timbres qui révèlent leur histoire de fabrication. Bien que la plupart des 1 000 lingots extraits du navire aient été laissés intacts et mis à disposition pour étude au Musée archéologique national de Cagliari, 270 d’entre eux ont été fondus pour être utilisés dans des expériences de physique.
En 2013, Elena Perez-Alvaro, alors étudiante diplômée en archéologie à l’Université de Birmingham, s’est penchée sur ce dilemme. Il s’appliquait à toutes les vénérables épaves sous-marines riches en matériaux de faible fond, dont beaucoup de capsules temporelles de l’histoire humaine. La Convention de 2001 sur la Protection du Patrimoine culturel subaquatique vise à empêcher que les restes squelettiques de ces navires ne soient nettoyés. Mais, comme l’a souligné Perez-Alvaro, la convention a un angle mort: bien qu’elle exige la protection des sites engloutis du patrimoine culturel contre la récupération commerciale, elle ne dit rien sur la possibilité de les récupérer à des fins scientifiques.
En 2015, dans un article qu’elle a co-écrit avec Fernando Gonzalez-Zalba du laboratoire Hitachi Cambridge, Perez-Alvaro a conclu qu’aucune technique commerciale ne peut produire la qualité de plomb dont les scientifiques ont besoin pour des expériences sur la matière noire. La récupération du plomb ancien en vaut donc la peine, de l’avis des chercheurs, mais les demandes doivent être soigneusement analysées au cas par cas pour voir si les physiciens ont vraiment besoin de plomb au lieu, par exemple, de plastique ou d’acier.
» Nous devons avoir des règles; nous devons avoir des limites « , a souligné Perez-Alvaro, aujourd’hui directeur général de Licit Cultural Heritage. « Ce n’est pas seulement de la ferraille que les gens peuvent déterrer. »Jusqu’à présent, cependant, aucune des institutions qui pourraient imposer de telles réglementations n’a pris la tâche en main, a déclaré Gonzalez-Zalba.
Même si un cadre consultatif pour l’acquisition et l’utilisation du plomb ancien et d’autres matériaux à faible arrière-plan voit le jour, il ne réglementera pas nécessairement leur extraction.
Ces dernières années, des navires de guerre de la Seconde Guerre mondiale ont disparu au large des côtes de Malaisie, d’Indonésie et de Singapour, arrachés illégalement par des plongeurs de sauvetage. Beaucoup de ces navires étaient des tombes de guerre, contenant des centaines de cadavres. Il est possible que certains de ces plongeurs aient été à la recherche d’acier à faible fond. Les acheteurs ne voudront peut-être pas utiliser du matériel de faible origine non éthique, mais au moment où ils le recevront, ils n’auront peut-être aucun moyen de déterminer sa provenance.
Bien qu’il soit loin d’être aussi répugnant moralement que les tombes de guerre pillées, les origines du plomb provenant d’anciennes épaves d’épaves importantes sur le plan culturel peuvent être obscurcies de la même manière. « Je suppose que souvent, nous ne nous soucions pas assez de vérifier cela », dit Ghag. » C’est ce que c’est. Nous sommes plus préoccupés par le coût. »
Gonzalez-Zalba explique que les Romains produisaient environ 88 000 tonnes de plomb chaque année, et de nombreuses expériences n’en nécessitent qu’une infime fraction. Les scientifiques, dit-il, sont également de plus en plus conscients et sensibles aux dilemmes éthiques entourant l’extraction de matériaux à faible fond.
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Les physiciens des particules devraient garder à l’esprit le patrimoine culturel et les origines de leurs matériaux, dit Duffy. Mais il souligne que le matériel de base est « certainement traité » comme une ressource précieuse et qu’il n’est pas utilisé sans considération.
Le vrai danger, soupçonne Gonzalez-Zalba, vient de l’industrie en plein essor de la microélectronique. Les puces électroniques, que l’on trouve dans chaque ordinateur et smartphone, ont tendance à avoir besoin de composants à faible teneur en plomb. Bien que l’industrie puisse utiliser du plomb nouvellement produit, dit-il, les fabricants ont souvent choisi du plomb ancien parce que c’est un ordre de grandeur moins cher. « C’est l’application qui m’inquiète le plus, car c’est une application commerciale », explique Gonzalez-Zalba. « Ce n’est pas une application au bénéfice de l’humanité. »
Mais avec une attention particulière, les physiciens des particules peuvent trouver un équilibre éthique-pratique. Chasser la mystérieuse matière noire peut ressembler à une entreprise Sisyphe jusqu’au moment où nous la trouvons. Mais si et quand nous le ferons, une telle découverte révolutionnera notre avenir — et il est difficile d’imaginer que beaucoup de gens soutiennent que sacrifier un segment du passé dans sa poursuite n’en valait pas la peine.
