Laboratoire Souterrain de Modane
Le Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) est le laboratoire souterrain profond (LSP) le plus profond d'Europe appartenant au CNRS, ainsi qu'à l'Université Grenoble-Alpes. Le LSM est une plateforme nationale française IN2P3 rattachée au Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (LPSC) de Grenoble depuis 2019 dédiée au développement des programmes d'astroparticules et de physique nucléaire. Elle est ouverte à la participation internationale et européenne.
Contact
Le laboratoire
Créé en 1981, le Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) est le laboratoire souterrain le plus profond d'Europe soutenu par le CNRS/IN2P3 et l'Université Grenoble-Alpes. Le LSM est une plateforme nationale française de l'IN2P3 rattachée au Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie (LPSC) de Grenoble depuis 2019 dédiée au développement des programmes d'astroparticules et de physique nucléaire. Le LSM est un laboratoire souterrain d'accès facile, permettant un programme scientifique de classe mondiale actuellement axé sur les neutrinos et la matière noire, mais qui s'étend pour inclure une base scientifique plus large
Mission
Protégé par 1700 m de roches, au milieu du tunnel autoroutier du Fréjus, le LSM offre un environnement expérimental caractérisé par l’un des plus faibles taux de radioactivité naturelle au monde. Ces conditions uniques permettent aux expériences scientifiques hébergées de rechercher des phénomènes physiques extrêmement rares. Ce site souterrain regroupe deux installations : une plateforme d’accueil d’expériences scientifiques, définies dans le cadre de collaborations internationales, qui occupe environ 400 m2 au sol ; et une plateforme technologique de spectroscopie gamma de 50 m2, principalement dédiée à l’étude et à la validation des matériaux d’ultra basse radioactivité qui doivent être mis en œuvre dans la construction des expériences de recherche fondamentale parallèlement aux activités de recherche en géosciences et en biologie. Le LSM accueille des expériences de physique fondamentale dans les domaines de la détection directe de la matière noire et de la détermination de la nature du neutrino, enjeux scientifiques majeurs de la communauté internationale pour les prochaines années. Il est également ouvert aux communautés des géosciences et de la biologie, qui trouvent au LSM une plateforme unique pour les mesures d’identification et de datation (géosciences, chrono-sciences) et pour l’étude du comportement cellulaire dans un environnement d’ultra-basse radioactivité (conservation de cellules souches, effets de faibles doses, etc.).
Dans le but d'inspirer les générations de futurs scientifiques, le LSM a développé un musée dans le bâtiment de surface pour renforcer les activités de communication et de sensibilisation.
Cet espace muséographique est soutenu activement par les collectivités locales et animé par ses personnels. Il accueille chaque année une dizaine de classes des établissements scolaires de la région ce qui contribue fortement à l’éveil scientifique des élèves, ainsi qu’en moyenne 650 personnes/an (tourisme scientifique).
Visite
L'accès au Laboratoire souterrain de Modane (LSM), situé dans le tunnel de Fréjus, est soumis à des procédures de sécurité et administratives strictes en raison de son emplacement et de la nature des recherches qui y sont menées. Les visites, qu'elles soient à caractère scientifique, pédagogique ou institutionnel, doivent être planifiées à l'avance et approuvées par la direction du LSM.
Pour demander une visite, les particuliers ou les groupes sont invités à contacter la direction du LSM par e-mail à l'adresse , en précisant l'objet de la visite, le nombre de participants et les dates souhaitées.
Veuillez noter que les visites du laboratoire souterrain peuvent ne pas être approuvées, la priorité étant actuellement accordée aux activités opérationnelles et expérimentales en cours.
Tous les visiteurs sont tenus de se conformer aux règles de sécurité et au code de conduite du LSM. Selon le type de visite, des documents supplémentaires ou une habilitation de sécurité peuvent être nécessaires.
Agenda
https://lsm.in2p3.fr/WebCalendar/login.php?
La recherche
Si l'astrophysique des particules constitue le domaine d'activité principal du LSM, celui-ci mène depuis longtemps un programme visant à accueillir des mesures issues d'autres domaines scientifiques pouvant tirer parti du fond de rayonnement cosmique extrêmement faible du LSM et de l'infrastructure associée pour les expériences à très faible radioactivité. Le LSM a conclu des accords officiels pour accueillir des détecteurs au germanium de groupes du CNRS extérieurs à l'IN2P3 et du CEA, dédiés aux sciences de l'environnement. De plus, le LSM soutient des projets étudiant l'impact des environnements souterrains à faible rayonnement sur les systèmes biologiques. Le LSM dispose et héberge également de multiples détecteurs au germanium utilisés pour mesurer le niveau de rayonnement de fond dans les matériaux. Un système de réduction du radon modernisé sera mis en service dans un avenir proche.
Le LSM est un laboratoire souterrain unique en son genre, permettant la mise en œuvre d’un programme scientifique de classe mondiale actuellement axé sur les recherches sur les neutrinos et la matière noire, mais qui s’étend pour inclure une base scientifique plus large – et il attire des scientifiques et des expériences de renommée internationale.
SuperNEMO
Le démonstrateur SuperNEMO en est actuellement à sa phase finale d'intégration et de mise en service souterraine au LSM. L'installation et la mise en service des composants actifs de SuperNEMO ont débuté en novembre 2018. L'installation du blindage est actuellement en cours. Il s'appuie sur le succès de la technique de calorimétrie de suivi de NEMO-3 (qui a achevé sa collecte de données en 2011) et vise à améliorer la sensibilité sur le 0nBB (T1/2 > 6 × 10²⁴ ans avec 6,3 kg de 82Se) grâce à une meilleure atténuation du bruit de fond et à une meilleure détection des événements. Son champ d'application scientifique comprend des études détaillées du 2nBB, la discrimination entre la dominance de l'état unique et celle des états supérieurs, ainsi que la contrainte de gA. Le démonstrateur sert de preuve de principe pour un détecteur multimodulaire à grande échelle de 100 kg, dont la sensibilité permettra d'explorer la région de la hiérarchie inversée.
Site web de la collaboration : https://supernemo.org/
BINGO
Le projet BINGO est financé en grande partie par un grant du Conseil européen de la recherche (CER) (2020-2025). BINGO est un projet visant à jeter les bases d'expériences à grande échelle sur la désintégration double bêta bolométrique sans neutrinos, capables d'étudier la masse effective du neutrino de Majorana à l'échelle de quelques MeV. Il se concentre sur le développement de technologies innovantes pour atteindre un indice de fond très faible, de l'ordre de 10⁻⁵ comptes/(keV kg an) dans la région d'intérêt. Le démonstrateur BINGO, appelé MINI-BINGO, sera composé de cristaux de Li₂MoO₄ et de TeO₂ couplés à des détecteurs de lumière bolométriques conçus pour étudier les isotopes prometteurs de désintégration double bêta 100Mo et 130Te. Cela nous permettra d’éliminer un bruit de fond significatif dans les bolomètres, causé par la contamination de surface par des radionucléides actifs en β, grâce à une sélection par le rendement lumineux. De plus, BINGO introduit de nouvelles méthodes pour atténuer d’autres sources de bruit de fond, telles que la contamination radioactive de surface, la radioactivité β³ externe et le pile-up dû à la coïncidence aléatoire d’événements de bruit de fond.
Site web de la collaboration : http://www.bingo-neutrino.eu/
DAMIC-M
L'expérience DAMIC-M (DArk Matter In CCDs at Modane) utilise des capteurs à transfert de charge (CCD) en silicium épais et entièrement appauvris pour rechercher des particules de matière noire, avec un objectif d'exposition de 1 kg-année. Elle est financée en grande partie par un grant de l'ERC (2018-2023) et par la NSF. Un nouveau système de lecture « skipper » intégré aux CCDs offre une résolution au niveau de l'électron grâce à de multiples mesures non destructives de la charge de chaque pixel, repoussant ainsi le seuil de détection à l'échelle de l'éV. DAMIC-M fera progresser de plusieurs ordres de grandeur l'exploration des hypothèses sur les particules de matière noire, en particulier celles relatives au « secteur caché ». En effet, DAMIC-M recherchera des WIMP de faible masse (<5 GeV/c²) grâce au recul nucléaire qu'ils induiraient sur les noyaux de silicium, mais sondera également des candidats beaucoup plus légers, tels que les particules du secteur caché, grâce au recul électronique qu'ils provoqueraient. À son stade final, DAMIC-M comprendra 52 modules CCD pour une masse cible totale d'environ 700 grammes et un objectif de fond radioactif inférieur à 1 événement/keV/kg/jour. Il sera installé au Laboratoire souterrain de Modane en France en 2024. Un prototype, la chambre à faible fond (LBC), équipé de 20 g de CCD Skipper à faible fond, a été installé et mis en service avec succès en 2022 au LSM et donne déjà des résultats de pointe au niveau mondial dans la recherche de matière noire leptophile.
Collaboration website : https://damic.uchicago.edu/index.php
MIMAC
La détection directionnelle de la matière noire (DDM) peut révéler une nouvelle signature pour les particules de matière noire à faible masse et à interaction faible. Cette signature directionnelle offre en outre un moyen unique de surmonter les bruits de fond liés aux neutrons et aux neutrinos. Afin d'obtenir cette signature directionnelle, les détecteurs DDM doivent être sensibles aux reculs de faible énergie nucléaire dans la gamme des keV et présenter une résolution angulaire supérieure à 20°.
Le détecteur MIMAC est constitué d'une matrice de micro-chambres à projection temporelle (TPC) développée dans le cadre d'une collaboration entre le LPSC (Grenoble) et l'IRFU (Saclay). La première mise en service du détecteur a eu lieu au LSM en 2018 et la collaboration prévoit de nouveaux essais d'un détecteur amélioré en 2025.
OBELIX Experiment
Un spectromètre de pointe pour étudier des processus radioactifs rares
Le spectromètre OBELIX joue un rôle clé dans une expérience unique visant à détecter la désintégration double bêta de l'isotope 82Se vers des états excités du noyau fils 82Kr. Ce processus n'a jamais été détecté auparavant, et sa détection pourrait ouvrir une nouvelle voie en physique fondamentale.
État actuel et prochaines étapes : au cours de trois années de recherche continue, une sensibilité de l'ordre de T1/2 ∼ 4−5×10²² ans a été atteinte. Ce résultat est environ trois fois supérieur aux limites précédemment publiées pour ce type de mesures. Au cours des mesures, les premiers indicateurs statistiquement significatifs d'une désintégration radioactive rare, avec un niveau de confiance de ~3σ, ont été observés. Ce niveau est conforme aux prévisions théoriques. La détection supplémentaire de la désintégration bêta double vers des états excités (dans notre cas avec le 82Se) est importante pour mieux comprendre la structure du noyau atomique et les processus nucléaires rares. L'expérience OBELIX montre que la sensibilité atteinte nous permet d'étudier des phénomènes qui étaient auparavant considérés comme inaccessibles.
Les études se poursuivront au cours des 1 à 2 prochaines années dans le but de confirmer l'effet observé avec une grande fiabilité (>4−5σ) ou de le réfuter. Parallèlement, des préparatifs sont en cours pour de nouvelles expériences visant à étudier d’autres processus radioactifs rares.
Coopération internationale
L’expérience OBELIX est le fruit d’une collaboration internationale qui rassemble des centres de recherche de premier plan, notamment l’IEAP CTU, le JINR, le CNRS et l’INFN. Ce projet confirme le statut du laboratoire LSM comme l’un des leaders mondiaux dans l’étude des phénomènes physiques rares.
BIO - interdisciplinary
Les études sur la conservation à long terme de cultures cellulaires dans des conditions de fond de rayonnement extrêmement faible constituent des expériences biologiques menées au LSM. Des fibroblastes dermiques humains normaux sont conservés congelés dans de l'azote liquide à -196 °C. La viabilité cellulaire, le niveau d'apoptose et les modifications du cycle cellulaire sont évalués périodiquement pour les cultures cellulaires conservées à titre de témoins dans des conditions de laboratoire normales et dans un laboratoire souterrain à faible fond de rayonnement. Des analyses avancées de la population cellulaire sont effectuées immédiatement après la décongélation des cellules et après 24 heures d'incubation dans un milieu de culture cellulaire normal à 37 °C. Le niveau de dommages à l'ADN est évalué par quantification immunofluorescente des foyers de gamma-H2AX, qui sont des marqueurs moléculaires sensibles aux cassures double brin de l'ADN.
Développements techniques
RADON abatement system
Avec une roche dont l'activité moyenne est d'environ 10 Bq/kg et une ventilation de 5000 m3/h, la concentration en Rn au LSM est d'environ 15 Bq/m3. De 2004 à 2014, une usine anti-radon développée par ATEKO (République tchèque) a fonctionné au LSM. Le débit d'air était de 120 m3/h et la concentration en radon en sortie, de 10 à 15 mBq/m3. À court terme, le LSM prévoit l'installation d'une nouvelle usine anti-radon, composée d'une colonne de 650 kg de charbon actif à -50°C. Une première version du système sera mise en service en janvier 2025 avec les équipements livrés par ATEKO. A terme, l’objectif est d’atteindre un débit d’air d’environ 250 m3/h pour une concentration en radon réduite à 10 mBq/m3. Cette installation est indispensable pour les expériences en cours installées au laboratoire souterrain, afin de garantir une faible concentration de Rn dans l’air autour des détecteurs. Elle permettra également de réaliser le montage des prochaines expériences dans un environnement à concentration faible en Rn.
Bien que la mesure du radon soit généralement peu sensible à la radioactivité externe, en particulier pour les détecteurs à diffusion électrostatique, une mesure extrêmement sensible pourrait bénéficier de l’environnement à très faible bruit de fond du LSM, à la fois en termes de réduction du bruit de fond et d’optimisation de l’efficacité. Le développement de la métrologie du radon en sous-sol au LSM est essentiel, et sera exploré prochainement.
HPGe gamma spectroscopy
Le LSM héberge un ensemble de détecteurs en germanium hyper pur (HPGe) pour les mesures de spectroscopie gamma pour la caractérisation des matériaux utilisés pour les expériences de physique souterraine (cibles de détection et matériaux de blindage), d'échantillons environnementaux, de volcanologie et de sédiments. Ces dernières mesures sont réalisées au travers de collaborations avec les instituts IRSN, INEE et INSU.
L’optimisation de l’implantation des détecteurs Germanium de la plateforme de spectrométrie gamma du LSM via le projet PARTAGe est necessaire afin de pouvoir accueillir 22 au lieu des 16 détecteurs dans une surface réduite. Ce projet, financé par l’IDEX, l’UGA, la région AURA, le département de Savoie et TELT (Tunnel Euroalpin Lyon Turin) à travers la “Démarche Grand Chantier” a démarré en 2019 après quelques années de préparation. Le principe de PARTAGe est de disposer les détecteurs “en ligne” dans deux blindages commun afin d’optimiser l’espace et la quantité de plomb utilisée. En juin 2022, les modules constituant la première ligne de 16 détecteurs “standards” ont tous été livrés et installés au LSM.
La deuxième ligne de 6 détecteurs est dans l’attente de la livraison du blindage interne en plomb archéologique, attendue en janvier 2025.
De plus, le LSM organise et accueille une réunion annuelle avec la communauté des utilisateurs Germanium dans un processus d'amélioration continue des mesures.
Afin d'étendre les mesures de faible bruit de fond aux caractérisations des alphas de surface, le LSM réalise depuis l'été 2024 la mise en service d'un compteur alpha XIA UltraLo-1800, en vue d'une installation en souterrain à l'été 2025.
Guideline
User guide
Employer declaration for a visiting researcher engineer
Administrative information for visitors
Any access to the lab by external visitors or workers has to be validated with the LSM operations manager (or substitute if absent), sufficiently in advance for LSM to arrange solutions .
Why : LSM lab (underground AND surface) is not a facility opened to the public. Safety is LSM responsibility. Internal operations, vehicles management and interfaces between experiments are LSM responsibility.
Functional Org Chart
- Topics related to scientific aspects, contracts, and agreements are directed toward the Platform Director (Silvia Scorza).
- Topics related to technical requirements, shift scheduling and planning are directed toward the Operational Manager (Nadine Sauzet). These two roles interact closely, which is why they are shown with a bidirectional link.
- The Operational Manager is the main interface for technical and operational matters with the experiments.
- The LSM Team Manager (Guillaume Warot) coordinates the LSM team and acts as a relay or backup when needed.
- Information received by one of these roles is shared internally within the LSM team, as indicated by the internal arrows.
- Experiments (PoC and/or onsite PoC) contact the Operational Manager for scheduling activities.
- Communication from the LSM back to the experiments goes through the PoC/onsite PoC.
- Internally, the LSM ensures information circulates among the relevant people.
Code of conduct
The LSM Code of Conduct, adopted as of July 2024, applies to LSM management, staff, users, contractors, and visitors. It serves as a shared foundation to ensure that our scientific community remains welcoming, inclusive, and professional.
The Code reminds us that:
“Collegial interactions are expected at all times, and people must be treated with respect regardless of seniority or role. All LSM members are expected to adhere to the highest ethical standards, promote a collaborative environment, and maintain professional communication.”
This applies equally to our internal exchanges, to the way we collaborate across teams, and to how we engage with external audiences, including the public and the media.
As a multidisciplinary, international facility, LSM welcomes diverse viewpoints and scientific approaches. However, we must all remain vigilant about the tone and content of our communications, especially in contexts where responsibilities intersect. Mutual trust, transparency, and respect must remain the cornerstones of our dialogue, whether scientific, organizational, or public-facing.
All collaborators, whether or not they plan to be physically present at the LSM site, are expected to read, understand, and sign the Code of Conduct, and to return a signed copy to me as confirmation of their commitment.
Stay and Shift
Stay at LSM
CNRS users are required to have a valid “ordre de mission” for shifts at LSM.
Non-CNRS users are required to contact three weeks before their shifts at LSM to start with the
admin procedure for visitor’s declaration.
The procedure for NON-CNRS users consists of sending to the following:
- Dates of the stay at LSM
- Scan of ID document
- The LPSC "administrative information" form enclosed below
- An “ordre de mission” or a certificate from their employer indicating that they are insured for the period of presence
at the LSM or the "CNRS employer declaration" form enclosed below.
If the visitor returns at another time within the year or the following year, they can send to only their
ordre de mission/employer certificate/employer declaration form for the period of presence at LSM.
At the surface building, there is the option to book single rooms with private bathroom. A common kitchen space is
available as well as a dishwasher and a washing machine. Rooms can be booked by sending an email to booking-
. The cost of the room is 19EUR/day. Accepted payment methods are cash, check and bank transfer.
Please inform the team of any early departure or cancellation by sending an email to .
Shift at LSM
Standard shift time are from Monday to Friday. Week-end shifts are not usually foreseen.
8:30 leaving LSM surface building
12:00 arriving LSM surface building
13:30 leaving LSM surface building
17:00 arriving LSM surface building
Users in order to access to the surface building need to have a badge, Badge can be requested via email to booking- at least two weeks before the shift. Badge is nominative.
The access to the LSM underground facility is done in accordance with LSM regulations and current safety rules governing access to the tunnel. Users cannot drive themselves through the tunnel for accessing the underground laboratory. An authorized LSM driver will escort people to the underground laboratory. The possibility of training users to become LSM driver is available.
LSM users should request shift time at LSM submitting their demand via email to the LSM operations director and the SUBR service manager.
The onsite experiment point of contact is responsible of adding collaborators/contractors on shifts on the LSM Agenda
If not otherwise arranged, users are expected to arrive at the surface building at 8:25am
Lunch at the LSM underground facility must be arranged in advance.
At the surface building, there is a shared office space available for users and a meeting room (about 20 people). Users can book the meeting room via the mailing list
Shipping to LSM
All shipments have to be addressed to:
Laboratoire Souterrain de Modane
Carré Sciences 1125 route de Bardonnèche
73500 Modane
04 79 05 22 57
The shipment label must report the experiment name and the onsite experiment point of contact.
Shipments have to be DDP (delivery duty paid)
Before shipping anything to LSM, the LSM operations director and the SUBR service manager have to be contacted with details on shipments to agree on the shipment timeline and storage.
LSM will arrange for underground shipments.
Communication
Petits secrets de l'univers
L'univers nous cache encore beaucoup de petits secrets ! La preuve, nous ne connaissons que 5% de sa composition, et dans ces 5% il y a la totalité de la matière qui nous compose (nous, les matériaux, l'air, les étoiles et les planètes, ...). Nous ne connaissons pas bien comment il est né, de quoi il est composé, quelle est sa dimension.
Entrez dans l'exposition "Petits secrets de l'univers"et vous découvrirez les rayons cosmiques, la radioactivité naturelle et l'histoire de sa découverte, ...Vous comprendrez aussi pourquoi notre laboratoire est souterrain et quelles sont les recherches qui sont effectuées (étude du neutrino, de la matière noire de l'univers, datations, ...)
Les "Petits Secrets de l'Univers" est un espace interactif dédié à la culture scientifique
- Pourquoi un laboratoire souterrain ?
- "Ecouter" les rayons cosmiques avec le cosmophone
- EDELWEISS : à la recherche de la matière noire
- NEMO : qu’est-ce qu’un neutrino ?
- A la découverte des rayons X & la radioactivité
- Voir la radioactivité naturelle avec la chambre à brouillard
- Le petit train de la radioactivité naturelle
- Mesures pour la recherche environnementale
- Applications des mesures de radioactivité naturelle
Posters & films, multimédias & visite virtuelle, à l’extérieur une statue interactive
Notre exposition fait partie du réseau des musées et maisons thématiques de Savoie
Ce réseau propose une offre padagogique pour les élèves de Savoie
Notre expo fait partie du réseau des musées de Maurienne.
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