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ET en Italie

Le site idéal pour garantir les meilleures conditions opérationnelles, une « success story » dans la recherche sur les ondes gravitationnelles, une excellence pluridisciplinaire dans la recherche scientifique nationale, et un soutien institutionnel, scientifique et civil fort: l’Italie est prête à accueillir la grande infrastructure de recherche Einstein Telescope sur le site de la mine désaffectée de Sos Enattos, en Sardaigne.

La candidature est soutenue par le gouvernement italien, le Ministère de l’Université et de la Recherche (MUR) et la Région autonome de Sardaigne, et coordonnée scientifiquement par l’Institut national de Physique nucléaire (INFN), en collaboration avec des organismes de recherche et des universités de toute l’Italie.

La tradition italienne

L’Italie a participé à la recherche expérimentale sur les ondes gravitationnelles dès le départ et en a été un protagoniste tout au long de son histoire.

Le rôle de notre pays dans ce secteur et dans Einstein Telescope est reconnu au niveau international, à tel point qu’en 2020, l’Italie a dirigé, avec le MUR, le groupe de nations européennes qui ont soumis la candidature d’ET à l’European Strategy Forum on Research Infrastructure (ESFRI), qui a reconnu le projet comme l’un des plus importants au niveau européen et l’a inclus dans sa feuille de route 2021 des grandes infrastructures de recherche dans lesquelles il est pertinent d’investir.

L’engagement de l’Italie dans la recherche sur les ondes gravitationnelles a commencé en 1970, dès le début des études pour les premières expériences, grâce aux travaux du groupe romain d’Edoardo Amaldi et Guido Pizzella sur les antennes dites résonnantes à très basse température. Dans les années 90, les antennes Auriga, dans les laboratoires nationaux de Legnaro, et Nautilius, dans les laboratoires nationaux de Frascati de l’INFN, ont été mises en service, mais ces instruments étaient encore trop peu sensibles pour capter les très faibles vibrations de l’espace-temps. Mais entre-temps, au milieu des années 80, l’italien Adalberto Giazotto et le français Alain Brillet avaient entamé des études pour développer une nouvelle catégorie d’expériences basées sur une technique de détection complètement différente : l’interférométrie laser. C’est ainsi qu’est né le projet Virgo en Italie, accompagné par le projet LIGO aux États-Unis. En l’an 2000, l’INFN et le CNRS français ont fondé, près de Pise, l’Observatoire gravitationnel européen (EGO) pour accueillir et gérer le projet, l’observatoire étant devenu pleinement opérationnel en 2007. Il faudra une dizaine d’années et d’importantes mises à jour des interféromètres Virgo et LIGO pour que les découvertes historiques sur les ondes gravitationnelles réalisées depuis 2015 soient couronnées de succès.

Le succès de ces accomplissements a souligné à quel point le développement d’une nouvelle génération d’observatoires gravitationnels est aujourd’hui crucial pour dépasser les limites des instruments actuels : d’où le projet Einstein Telescope, destiné à réaliser, en Europe, un observatoire capable d’« écouter » le cosmos jusqu’à des époques proches du Big Bang. L’entreprise scientifique se poursuit donc, et la contribution de l’Italie sera cette fois encore décisive.

Sos Enattos, le site idéal

L’intérieur des terres de la Sardaigne est un endroit idéal pour accueillir Einstein Telescope.

Il existe actuellement deux sites concurrents : le site italien sur l’ancienne mine de métaux de Sos Enattos, dans la province de Nuoro, au nord-est de la Sardaigne, et le site hollandais situé dans une zone de l’Eurorégion Meuse-Rhin, à la frontière entre les Pays-Bas, la Belgique et l’Allemagne.

De nombreuses raisons géologiques font du site de Sos Enattos le lieu idéal pour les activités d’ET. Le bruit sismique, qui affecte les performances de l’observatoire à basse fréquence, est très faible en raison des caractéristiques géologiques de la Sardaigne. En effet, la Sardaigne est une microplaque, c’est-à-dire une portion détachée de la plaque eurasienne qui n’est pas connectée aux zones tectoniques les plus actives et qui n’est donc affectée ni par les phénomènes de déformation de la croûte terrestre, ni par la sismicité, ni par le volcanisme. Il s’agit en fait d’une zone stable et solide, caractérisée par des masses rocheuses idéales pour construire en toute sécurité les environnements souterrains qui constitueront le laboratoire d’ET. En outre, la faible présence d’eaux souterraines dans cette zone réduit la possibilité d’infiltrations ou de bruit sismique et newtonien.
Enfin, dans la zone d’intérêt située dans la province de Nuoro, entre les communes de Bitti, Lula et Onanì, il existe de vastes étendues de zones rurales à très faible densité de population et donc à activité anthropique et industrielle réduite.
Ainsi, le site de Sos Enattos constitue l’environnement « silencieux » dont ET a besoin pour travailler à l’abri et à l’écart du « bruit » qui compromettrait ses mesures.

Le laboratoire SAR-GRAV.

L’ancienne mine de Sos Enattos est déjà un lieu de science. En effet, depuis 2019, il abrite le laboratoire SAR-GRAV et l’expérience Archimedes. Financé par la Région Sardaigne, le laboratoire SAR-GRAV a été créé dans le cadre d’un Accord de Programme entre la Région Sardaigne et l’Université de Sassari, l’INFN, l’Institut national de Géophysique et de Vulcanologie (INGV), l’Université de Cagliari et l’IGEA spa, la société qui gère la mine. L’objectif du projet est de créer une infrastructure à faible bruit sismique et anthropique, dédiée à la recherche sur les ondes gravitationnelles, la physique de la gravitation et la géophysique. Actuellement, le SAR-GRAV accueille et soutient les activités de caractérisation sismique du site en vue de sa candidature.
Archimedes est une expérience de physique fondamentale, financée par l’INFN, qui recherche de petites variations de poids induites par des fluctuations quantiques. L’expérience nécessite un environnement dans lequel les facteurs externes de nature sismique n’influencent pas les mesures, d’où la décision de l’installer dans le laboratoire SAR-GRAV. Mais Archimedes travaille également pour ET, en vérifiant l’adéquation du site de Sos Enattos : grâce à son extrême sensibilité, Archimedes dressera un profil détaillé des perturbations environnementales et anthropiques du site sur lequel se trouve l’ancienne mine.

Le comité pour la candidature italienne

Le 9 février 2023, le Ministère de l’Université et de la Recherche (MUR) a créé, par le décret du ministre Anna Maria Bernini, un Comité technique et scientifique de haut niveau pour soutenir la candidature italienne. Ce comité, présidé par le lauréat du prix Nobel de Physique, Giorgio Parisi, se compose de l’ambassadeur Ettore Sequi, ancien secrétaire général du Ministère des Affaires étrangères et de la Coopération internationale, des scientifiques Marica Branchesi et Fernando Ferroni, de l’Institut des sciences de Gran Sasso et de l’INFN, et du président de l’INFN, Antonio Zoccoli.

Les projets PNRR soutenant ET

ETIC, Einstein Telescope Infrastructure Consortium

Il s’agit d’un projet financé à hauteur de 50 millions d’euros par le PNRR, le Plan national de Relance et de Résilience – Next Generation EU, dans le cadre de la Mission 4 Éducation et Recherche coordonnée par le MUR, qui est née et se développe au sein du projet international Einstein Telescope, avec deux principaux objectifs : réaliser une étude de faisabilité et de caractérisation du site de Sos Enattos et mettre en place ou améliorer, auprès des sites de l’INFN, des universités et des organismes de recherche participant à ET, un réseau national de laboratoires de R&D pour étudier les technologies habilitantes du futur interféromètre, notamment les systèmes de filtrage sismique et de contrôle à basse fréquence pour la suspension des objectifs, les équipements cryogéniques à faible bruit pour réduire le bruit thermique dans les objectifs, les nouvelles technologies dans le domaine de la photonique, de l’optique et de l’électronique, et enfin les nouveaux matériaux pour la fabrication des miroirs d’Einstein Telescope.

FABER/MEET

C’est un projet qui fait partie du projet plus vaste intitulé MEET, mené par l’Institut national de géophysique et de volcanologie (INGV) et financé à hauteur de 43 millions d’euros par le PNRR, le Plan national de relance et de résilience – Next Generation EU, dans le cadre de la Mission 4 Éducation et Recherche coordonnée par le MUR. Les objectifs généraux de MEET sont l’amélioration, la modernisation technologique et la mise en œuvre de grands réseaux scientifiques dédiés à la surveillance et à l’observation de la Terre. En particulier, FABER a pour objectif, à l’appui de la candidature d’ET, de développer un observatoire sismologique dans l’ancienne mine de Sos Enattos afin d’enregistrer des signaux sismiques inconnus jusqu’à présent. Sos Enattos représente un site d’observation privilégié où la sismique, la tranquillité et la géodynamique contribuent à garantir des données géophysiques d’excellente qualité. L’INGV travaille dans la mine de Sos Enattos depuis 2019, à la fois en collaboration avec les universités de Cagliari et de Sassari et avec l’INFN, ainsi qu’avec des projets de recherche indépendants tels que la station du Réseau sismique MedNet (Réseau de la Méditerranée), dont les données alimentent le réseau de surveillance sismique de l’INGV.

TeRABIT

Financé à hauteur de 41 millions d’euros par le PNRR Plan national de relance et de résilience – Next Generation EU, dans le cadre de la Mission 4 Éducation et Recherche, coordonnée par le MUR et géré par l’INFN avec l’Institut national d’Océanographie et de Géophysique expérimentale – OGS, le consortium GARR et le CINECA, TeRABIT réalisera une infrastructure intégrée de calcul et de réseau à ultra-haute performance, basée sur des fibres optiques dédiées de dernière génération, très fiables, qui permettra d’échanger des données à des vitesses de l’ordre du térabit (1 000 milliards de bits) par seconde. Accessible aux communautés scientifiques de l’ensemble du territoire national, quelle que soit leur situation géographique, la nouvelle infrastructure éliminera les différences de capacité d’accès au calcul à haute performance et favorisera la collaboration et la compétitivité. En particulier, TeRABIT mettra en œuvre, en Sardaigne, une extension en fibre optique du réseau de recherche de l’île et réalisera pour la première fois, grâce à des câbles sous-marins, une double liaison ultrarapide par fibre optique, qui assurera non seulement une transmission rapide des données, mais aussi la redondance et la fiabilité du système, au bénéfice de l’ensemble de la communauté scientifique de l’île. L’infrastructure réalisée par TeRABIT sera déterminante pour soutenir la candidature de la Sardaigne à l’accueil d’Einstein Telescope, une infrastructure de recherche qui produira de grandes quantités de données à partager avec une communauté scientifique répartie sur l’ensemble de la planète. L’interconnexion ultra-rapide du site de Sos Enattos représente donc un élément crucial.

Banner image: Aperçu de la mine de Sos Enattos. / Overview of the Sos Enattos mine. Credits: INFN-EGO