Einstein et l'accéléromètre

Pour l'instant, la réponse est oui : les meilleures expériences ont vérifié le principe d'équivalence avec une précision meilleure qu’un pour mille milliards. Mais c'est encore insuffisant, car certaines théories actuelles envisagent de nouvelles interactions très faibles, dont l'effet ne serait détectable que très difficilement. C'est pourquoi les accéléromètres, qui mesurent l'accélération d'un corps en mouvement, doivent encore gagner en précision, et des scientifiques de l'Onera s'y emploient.

Accéléromètres SAGE utilisés pour MICROSCOPE

L'accéléromètre est composé d'une " masse d'épreuve ", un objet dont la masse et la forme sont précisément connues, que l'on fait léviter dans une cage en silice en lui appliquant des forces électrostatiques. Cette cage est à quelques dizaines voire à quelques centaines de micromètres de la masse. Chaque accélération, qu'elle soit due à la gravité ou au mouvement de l'instrument, tend à faire bouger la masse d'épreuve à l'intérieur de la cage. En mesurant les forces électrostatiques nécessaires pour la maintenir immobile en lévitation, on en déduit l'accélération subie avec une précision d'un milliardième de fois la gravité terrestre, voire un million de fois mieux ! " De tels instruments ne peuvent pas être utilisés sur Terre et sont destinés à des mesures précises dans l'espace ", explique Pierre Touboul, directeur de la Branche Physique de l'Onera.



L'un d'eux a été embarqué sur le satellite Champ en 2000, afin de mesurer avec une grande précision les forces que subit ce satellite, telle la traînée aérodynamique (due au peu d'air qui reste à de telles altitudes, autour de 500 km), la pression de radiation solaire (due au rayonnement du soleil) ou terrestre (due à la réflexion du rayonnement solaire par la Terre ou au rayonnement infrarouge).



D'autres, dix à cent fois plus précis, ont été lancés avec les deux satellites Grace du JPL (US, NASA) en mars 2002. Si le satellite Champ a maintenant fini sa course autour de la terre le 19 septembre 2010 en rentrant dans l’atmosphère, la mission Grace qui ne devait durer que 5 ans se poursuit afin de mesurer les variations séculaires et saisonnières du champ de gravité terrestre. En effet, ce dernier dépend de nombreux facteurs affectant notre environnement, hauteur des glaces polaires, quantité d'eau dans les sols par exemple. Il est donc possible d'analyser les variations des bassins hydrographiques à l'aide d'accéléromètres situés en orbite.



Couplé à la mesure de la hauteur des océans par radioaltimètrie, l'accéléromètre permet aussi d'étudier la salinité des océans et la variation des courants marins. La température et le sel marin modifient la densité de l'eau, donc le champ de gravité. La détection des variations du champ de gravité permet d'analyser les différentes salinités et températures de l'eau, et ainsi d'étudier les fluctuations des courants océaniques. La mission Goce de l’ESA, encore plus précise, emporte des accéléromètres capables de mesurer des millionièmes de millionièmes de la gravité terrestre. Lancé en 2009, sur une orbite quasi-polaire à très basse altitude, 260 km environ, le satellite embarque un gradiomètre trois axes composé des six accéléromètres de l'Onera. Depuis, les mesures du gradient de gravité ont permis de cartographier le géoïde terrestre avec une précision encore jamais atteinte.

Quelques réalisations de l’instrument MICROSCOPE :

(i) masse d'épreuve en Titane réalisée par le PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt)

(ii) cylindre porte électrodes en silice usiné à l’Onera

(iii) cœur d’un capteur inertiel en cours d’intégration à l’Onera.

Les trois composantes de l’instrument MICROSCOPE :

(i) les deux capteurs accélérométriques différentiels

(ii) les deux boîtiers associés d’électronique analogique de haute précision

(iii) le boîtier d’électronique numérique de gestion de l’expérience spatiale et d’interfaces.

Cécile Michaut, journaliste scientifique.