Microscope: tester l'équivalence d'Einstein gravitation-accélération

MICROSCOPE: un nouveau satellite du CNES pour éprouver la théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein

Le satellite Microscope (MICROSatellite à trainée Compensée pour l'Observation du Principe d'Équivalence) du CNES a été présenté à la presse, au Siège du CNES à Paris. Microscope sera mis en orbite le vendredi 22 avril par Soyouz au Centre Spatial Guyanais. Il permettra de tester, pour la première fois dans le vide et dans l'espace, l'universalité de la chute libre, avec une précision 100 fois meilleure que sur la Terre.

Dans le vide, un kilo de plumes et un kilo de plomb chutent-ils à la même vitesse ? C'est à cette question fondamentale que va tenter de répondre le satellite Microscope.

L'objectif de Microscope est de tester dans l'espace, la validité du principe fondateur de la Relativité Générale, l'équivalence entre gravitation et accélération, élaborée par Albert Einstein entre 1907 et 1915. Le défi consiste à atteindre une précision 100 fois meilleure que toutes les expériences réalisées jusqu'à présent sur la Terre, ce qui ouvrirait de nouveaux horizons aux théories de la gravitation.

Le test du principe d'équivalence repose sur l'universalité de la chute libre. Sur la Terre, ce principe a été vérifié avec un degré de précision relative de l'ordre de la 13ème décimale. Pour améliorer cette précision, Microscope fera cette expérience dans le vide et dans l'espace, où la chute libre sera beaucoup moins perturbée tout en durant beaucoup plus longtemps. Ceci permettra d'étudier pendant plusieurs mois d'affilée, le mouvement relatif de deux corps embarqués à bord du satellite, en mettant à profit son mouvement de chute libre permanente.

Le CNES a développé le système complet et a réalisé le satellite. Il a financé le projet à près de 90% et en a assuré la maîtrise d'œuvre, le développement, l'intégration et les essais de la plateforme ainsi que la réalisation du centre de contrôle d'où seront pilotées ses opérations. Microscope est développé en coopération avec l'ONERA, responsable scientifique de la mission, de l'instrument et du centre de mission scientifique, avec le laboratoire Géoazur, avec l'ESA qui fournit les micro-propulseurs du satellite et avec le DLR et deux laboratoires allemands, le ZARM et le PTB.

Après avoir quitté le Centre Spatial de Toulouse, le satellite a été transporté au Centre Spatial Guyanais. Les opérations de préparation de Microscope ont été effectuées par les équipes du CNES dans l'Ensemble de Préparation des Charges Utiles S5. Le satellite a ensuite été intégré sur le lanceur Soyouz en vue de son lancement le vendredi 22 avril.

Direct: lancement du satellite Microscope le 22 avril 2016 sur: https://microscope.cnes.fr/

Le satellite MICROSCOPE

Au 17e siècle, Galilée imagine, sans la réaliser, une expérience du haut de la Tour de Pise où il laisse tomber en même temps 2 objets de nature et de masse différente. Dans sa théorie, les 2 corps touchant le sol exactement au même moment, il en déduit que dans le vide, tous les corps tombent avec la même vitesse, quelle que soit leur masse ou leur composition. C'est ce qu'on appelle l'universalité de la chute libre ou encore l'équivalence entre la masse pesante (sensible à l'attraction gravitationnelle) et la masse inerte (sensible au changement de mouvement). Cette observation sera érigée en principe, dit d'équivalence, par Albert Einstein qui en fera le fondement de sa théorie de la relativité générale.

Récemment vérifié avec un degré de précision relative de l'ordre de 10-13, ce principe est toutefois encore mis à l'épreuve car les nouvelles théories – qui cherchent à concilier la gravitation avec les autres interactions fondamentales (nucléaire et électromagnétique) – prédisent qu'il pourrait être violé à un niveau très faible. Le satellite Microscope (MICROSatellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) permettra d'aller encore plus loin et de le tester avec une précision de l'ordre de 10-15. En effet, dans l'espace, il est possible d'étudier le mouvement relatif de 2 corps en réalisant une chute libre la plus parfaite possible, à l'abri des perturbations dues à la Terre (notamment sismiques), et en mettant à profit le mouvement de chute libre permanent dont est animé un satellite en orbite, avec des mesures sur plusieurs mois d'affilée.

Pour cela, 2 masses cylindriques concentriques constituées de matériaux différents – l'une en titane et l'autre avec un alliage de platine et de rhodium – seront minutieusement contrôlées afin de rester immobiles par rapport au satellite dans un double accéléromètre électrostatique différentiel. Si le principe d'équivalence est vérifié, les 2 masses subiront la même accélération de contrôle. Si des accélérations différentes doivent être appliquées, cela mettra en évidence une violation du principe d'équivalence, ce qui constituerait alors un événement majeur pour la physique.

Cette expérience sera embarquée sur un microsatellite de la filière Myriade du CNES de 300 kg (contre 100-150 kg habituellement) et équipé de micropropulseurs à gaz froid capables de compenser les plus infimes perturbations de trajectoire qui risqueraient de fausser les résultats. Le CNES finance cette mission à 90% et en assure la maîtrise d'œuvre: développement de la plate-forme du satellite, intégration et essais sur le satellite jusqu'à son lancement, réalisation et opération du centre de contrôle.