[IceCube et KM3NeT : à l’écoute des messagers invisibles de l’Univers]

Le prix Nobel de physique 2026, attribué au physicien belge Francis Halzen, récompense une aventure scientifique hors du commun : la construction d’un gigantesque détecteur enfoui dans les glaces antarctiques, capable de capter les particules les plus insaisissables du cosmos. Avec son cousin méditerranéen KM3NeT, IceCube ouvre une nouvelle fenêtre sur les phénomènes les plus violents de l’Univers.

Chaque seconde, des milliers de milliards de neutrinos traversent notre corps sans que nous en ressentions le moindre effet. Ces particules élémentaires, dépourvues de charge électrique et dotées d’une masse infime, interagissent si rarement avec la matière qu’elles peuvent traverser des planètes entières sans être arrêtées.

La plupart proviennent du Soleil, mais certains naissent au cœur des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers : explosions d’étoiles, voisinage de trous noirs supermassifs ou noyaux actifs de galaxies. Contrairement aux particules chargées, déviées par les champs magnétiques, les neutrinos voyagent pratiquement en ligne droite. Ils constituent ainsi de précieux messagers pour retrouver l’origine des gigantesques accélérateurs cosmiques. Encore faut-il parvenir à les détecter !

C’est le défi relevé par Francis Halzen, physicien belge installé à l’Université du Wisconsin-Madison. Son idée audacieuse : transformer un kilomètre cube de glace antarctique en observatoire astronomique.

Achevé en 2010, IceCube Neutrino Observatory comprend 5 160 capteurs optiques répartis sur 86 câbles, enfouis entre 1 450 et 2 450 mètres sous la surface. Lorsqu’un neutrino interagit exceptionnellement avec un noyau atomique, il peut produire des particules chargées qui émettent un bref éclair bleuté, appelé rayonnement Tcherenkov. L’analyse de cette lumière permet de reconstituer l’énergie et la direction de la particule incidente.

En 2013, IceCube annonce une découverte historique : la détection d’une population de neutrinos de très haute énergie, provenant de sources astrophysiques. Pour la première fois, l’existence de ces messagers cosmiques est établie à de telles énergies. Cette avancée majeure vaut aujourd’hui à Francis Halzen le prix Nobel de physique 2026.

À plusieurs milliers de kilomètres de l’Antarctique, une autre aventure scientifique se déroule dans les profondeurs de la Méditerranée. Le projet européen KM3NeT repose sur un principe comparable, mais utilise l’eau de mer plutôt que la glace.

Deux installations complémentaires sont déployées : ARCA, au large de la Sicile, consacrée aux neutrinos astrophysiques de haute énergie, et ORCA, au large de Toulon, destinée notamment à étudier les propriétés fondamentales des neutrinos.

En février 2025, KM3NeT annonce la détection d’un neutrino cosmique dont l’énergie est estimée à 220 pétaélectronvolts, soit le neutrino le plus énergétique jamais observé, une prouesse d’autant plus remarquable que le détecteur ARCA était encore en construction.

IceCube et KM3NeT sont en cela complémentaires. Leur implantation dans deux hémisphères, leurs géométries et leurs milieux de détection différents permettent de scruter le ciel avec des sensibilités distinctes et de confronter leurs observations.

En 2017, un neutrino observé par IceCube a pu être associé à un blazar, une galaxie active dont un jet de matière est orienté vers la Terre. Cette découverte illustre la puissance de l’astronomie multimessager, qui combine neutrinos, lumière et ondes gravitationnelles pour comprendre les phénomènes cosmiques extrêmes.

En 2023, IceCube a également révélé une émission diffuse de neutrinos provenant de notre propre Voie lactée.

Grâce à ces observatoires, les astronomes disposent désormais d’un nouveau moyen d’explorer l’Univers, complémentaire des télescopes traditionnels. Les neutrinos peuvent s’échapper de régions où la lumière est absorbée et révéler des mécanismes physiques autrement invisibles.