Le 14 septembre 2022, la mission MICROSCOPE livrera ses derniers résultats et viendra, ou non, confirmer le principe d’équivalence. Cela fait près de 5 ans que les physiciens exploitent les données de ce satellite, laboratoire quasi-parfait de mesure de la chute de libre à 710 kilomètres de la Terre. Mais les résultats sont à la hauteur du défi relevé avec une précision inégalée de 10-15.
Qu'est ce que la mission MICROSCOPE ?
Le satellite MICROSCOPE a été lancé le 25 avril 2016 et été passivé le 15 octobre 2018 pour un début de désorbitation qui va durer 25 ans. Les mesures scientifiques et les caractérisations fines de l’instrument et du satellite ont permis de comparer la « chute libre » de deux matériaux différents, le platine et le titane, sur 1642 révolutions autour de la Terre, soit 73 millions de km, équivalent à la moitié de la distance Terre-Soleil.
Fruit d’un effort de plusieurs années, cette expérience française est une pépite dans le paysage de la physique fondamentale et un défi pour les ingénieurs et scientifiques qui ont réussi à repousser encore plus loin les limites de la précision du test du principe d’équivalence. Ces résultats ont été obtenus par les équipes scientifiques de l’ONERA et de l’OCA avec la contribution du CNES et la collaboration de laboratoires européens.
MICROSCOPE (MICROSatellite à trainée Compensée pour l’Observation du Principe d’Équivalence) est une mission mis en œuvre par le CNES et conçue par l’ONERA et l’OCA, et réalisée en partenariat avec l’ESA, le DLR, le ZARM (laboratoire de microgravité de l’université de Brème) et le PTB (Institut de métrologie allemand). Grâce à sa micro-propulsion asservie sur les accéléromètres, le satellite assure un contrôle ultrafin de son orbite et compense le frottement atmosphérique résiduel avec un niveau jamais atteint auparavant en orbite basse.
Un instrument 100% ONERA au cœur du satellite
L’instrument T-SAGE (Twin Space Accelerometre for Space Gravity Experiment) est un double accéléromètre différentiel conçu et développé par l’ONERA. T-SAGE est au cœur du satellite au milieu d’un cocon protecteur où la stabilité thermique est meilleure que le millionième de degré. Il mesure avec une extrême précision, à l’échelle atomique, la position de ses masses d’épreuve qui sont en chute libre autour de la Terre.
Qu'est ce que le principe d’équivalence ?
Selon la théorie d’Einstein, l'univers est représenté par un espace-temps à quatre dimensions et la gravitation résulte de la courbure de l'espace-temps induite par la matière. La Relativité Générale a permis ainsi d’expliquer l’anomalie de l’orbite de Mercure insoluble pendant des décennies avant Einstein, de prévoir des phénomènes aussi surprenant que les lentilles gravitationnelles, les trous noirs ou les ondes gravitationnelles. Néanmoins une question fondamentale demeure : pourquoi la Relativité Générale semble incompatible avec la théorie quantique des champs qui décrit fidèlement le monde des particules et de l’infiniment petit ? Pourquoi elle n’explique pas correctement l’expansion de l’univers et la rotation des galaxies sans ajout de matière noire ou d’énergie noire. La recherche d’une théorie universelle englobant la gravitation et la physique quantique est le Graal des physiciens. Il y a un consensus pour dire que la théorie alternative devra violer le principe fondateur de la Relativité Générale : l’équivalence entre masse gravitationnelle et masse inertielle.
Tester le principe d’équivalence revient à tester la fondation de toutes les théories de la gravitation et plus généralement des théories alternatives à la relativité. Par ses résultats, MICROSCOPE repousse les limites en apportant de nouvelles contraintes à ces nouvelles théories à un niveau de précision tel qu’il faudra certainement attendre très longtemps pour faire mieux.
Le 14 septembre à 10h00 (heure de New-York), les résultats de la mission MICROSCOPE seront disponibles dans deux revues de physique prestigieuses: Classical and Quantum Gravity (IOP Publishing) et Physical Review Letters (American Physical Society).
