Mission Microscope: «Pour remettre en cause la théorie d’Einstein, il vaut mieux être sûr de son coup»

ESPACE Dominique Palanque, responsable de l’assemblage, de l’intégration et des tests du satellite de la mission, décrit la façon dont son la théorie d'Einstein va être mise à l'épreuve...

Propos recueillis par Romain Scotto

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Illustration du satellite Microscope par le CNES.
Illustration du satellite Microscope par le CNES. — CNES

Lâchez une boule de pétanque ou un bonbon d’une hauteur similaire, ils toucheront le sol en même temps. C’est un peu déconcertant, certes, mais c’est bête comme chou. Ce principe a déjà été prouvé par Galilée du haut de la Tour de Pise en son temps, puis Einstein qui en a fait l’un des fondements de sa théorie de la relativité. Pour vérifier avec une précision inégalée cette théorie, un satellite conçu par le Cnes et assepmblé par Alten, sera lancé vendredi soir dans l’espace depuis Kourou, en Guyane. Dominique Palanque, responsable de l’assemblage, de l’intégration et des tests du satellite, livre les enjeux de cette mission baptisée « Microscope ».

En quoi consiste exactement cette mission ?

Ce satellite a été choisi pour vérifier le principe d’équivalence. Il dit que deux corps de nature différente, soumis au même champ gravitationnel vont tomber à la même vitesse et suivant la même trajectoire. Une expérience de ce type a été menée durant la mission Apollo 15. L’astronaute David Scott a fait tomber sur le sol lunaire une plume et un marteau. Ils sont tombés en même temps. Les corps tombent à la même vitesse.

Einstein a repris ces principes pour ses théories de la relativité. Ça a du sens pour les scientifiques. Sur Terre, c’est plus complexe. Il y a la résistance de l’air et pour être dans les meilleures conditions, il faudrait qu’on ait une colonne à vide très haute pour lâcher les corps. A Brême (Allemagne), il y en a une de plus de 100 m, mais la chute va durer moins de 10 secondes. C’est bien, mais pas assez. Plus la durée est grande, meilleure est la mesure. On peut avoir une bien meilleure mesure avec un satellite. Il est en orbite autour de la Terre et sa chute est continue. Tout le temps.

On peut donc gagner en précision en observant une chute plus longue.

On devrait gagner un coefficient de 100. Aujourd’hui le coefficient qui régit cette précision est de 10 puissance moins 12 (une précision de 12 chiffres après la virgule). Là on devrait atteindre 10 puissance moins 15. Ça paraît infime, mais c’est une vraie avancée scientifique.

Laquelle ?

Imaginons qu’il y ait violation du principe d’équivalence, ça pourrait ouvrir une nouvelle voie sur la théorie de la relativité. La remettre en cause. Et ça peut aussi amener des meilleures connaissances quant à la nature de la matière noire de l’univers.

Concrètement comment allez-vous tester la chute libre du satellite ?

En fait, un satellite est en chute continue. Il tourne autour de la Terre. Comme il n’y a pas de frottement dans l’espace, il ne se rapproche pas de la Terre. Sa chute est infinie, on peut faire une mesure qui dure plus longtemps. Pour revenir sur le marteau et la plume, en une seconde ils étaient tombés. Mais la mesure n’était pas précise. Là, la mesure va durer plusieurs semaines. L’erreur est bien plus infime. Pour l’expérience, on utilise un instrument appelé T-Sage. Il est composé de deux unités sensorielles dans lesquelles il y a deux cylindres à chaque fois. D’un côté les deux cylindres sont de même nature, en platine. Ce sera la mesure de référence. Ils devraient tomber à la même vitesse. Dans l’autre unité sensorielle, on a deux cylindres concentriques, mais de nature différente. L’un en platine, l’autre en titane. Ceux-là sont censés tomber à la même vitesse aussi même s’il y en a un trois ou quatre fois plus lourd que l’autre.

Illustration de l'instrument T-Sage
Illustration de l'instrument T-Sage - Cnes

En réalité, cette expérience devrait confirmer la théorie d’Einstein, avec plus de précision. Pas l’infirmer…

Oui, elle devrait démontrer que le principe d’équivalence n’est pas violé. Pour remettre en cause la théorie d’Einstein, il vaut mieux être sûr de son coup.

Pourquoi ce gain en précision est-il si important ?

Parce qu’on arrive sur des notions de matière noire et constitutions de l’univers. D’autres théories expliquent la composition de l’univers. Plus on valide le principe d’équivalence, mieux on connaît la constitution de des différents corps. Cela concerne les théories de constitution des atomes, d’énergie, d’interaction entre les atomes.

Quand aurez-vous les résultats ?

On n’aura pas de résultats immédiats. Cet instrument est tellement précis qu’il va y avoir une phase de calibration de l’instrument. Même si on est à 707 km d’altitude, il y a tout de même de minimes frottements, appelé "la traînée". Il faut la compenser. A bord de ce satellite, on a un dispositif de propulsion qui compense cette traînée. Il va faire des poussées inverses pour que la chute soit la plus pure possible. Ce sont des poussées équivalentes à un souffle de bébé. L’expérience va durer au moins une année. Les instruments peuvent durer deux ans.