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Posté par Michel le Jeudi 21/06/2012 à 00:00
Feu vert pour la mission spatiale Euclid
Le Comité des Programmes Scientifiques (SPC) de l'ESA vient d'approuver le démarrage de la mission Euclid consacrée à l'étude de l'énigmatique énergie noire. Cette étape très importante est la dernière d'un processus de près de cinq ans qui aura vu Euclid, née d'une idée française, franchir avec succès toutes les étapes de sélection pour être retenue, parmi plus de 50 propositions à l'origine, comme deuxième mission du programme Vision Cosmique de l'ESA. La France, à travers le CNES (l'agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) française), le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et le CEA, a initié ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) et contribue de manière déterminante à sa réalisation. Le lancement est prévu au second trimestre 2020.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :)
© ESA – C. Carreau

L'expression "énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) noire" est née en 1998 suite à une découverte surprenante: alors que l'expansion de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) prévue dans le cadre de la "théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la...)" est bien confirmée par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par...) qui s'éloignent les unes des autres, cette expansion semble se faire de plus en plus rapidement avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), alors que l'on imaginait jusqu'alors un ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) de cette expansion, à cause de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). En outre, cette mystérieuse composante représenterait 73% du contenu de l'Univers, en sus de 23% d'une non moins mystérieuse "matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes...)" dont on observe les effets à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une...).

Cette découverte, qui vaudra à ses auteurs le prix Nobel en 2011, a suscité un intérêt considérable dans une très large communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) embrassant la physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.), l'astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers (étoiles, planètes, galaxies, milieu...) ou encore la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.). Plusieurs idées ont alors été mises en œuvre pour tenter de comprendre ce qu'est l'énergie noire. Euclid s'appuiera sur au moins deux d'entre elles, appelées respectivement méthode du cisaillement gravitationnel (Weak Lensing – WL en anglais) et méthode des oscillations acoustiques baryoniques (Baryonic Acoustic Oscillations – BAO).

La première consiste à mesurer la distorsion des images des galaxies provoquée par la présence de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) noire sur la ligne de visée. En réalisant l'opération sur des galaxies situées à diverses distances de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....), on peut "cartographier" la matière noire en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) et voir ainsi l'évolution de cette répartition dans le temps, évolution déterminée par les propriétés de l'énergie noire.

La méthode des BAO s'appuie quant à elle sur une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de...) en trois dimensions des grandes structures visibles de l'Univers (galaxies, amas de galaxies). Là encore, c'est la comparaison entre structures lointaines (anciennes) et proches (récentes) qui renseignera sur les effets précis de l'énergie noire.

Il se trouve que matière et énergie noires contribuent de façon différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans...) à l'histoire de l'expansion de l'Univers et de l'évolution des structures cosmiques. Ces différences peuvent être identifiées et caractérisées avec Euclid, permettant aux physiciens et astrophysiciens de comprendre la nature de l'énergie noire et de révéler des propriétés de la matière noire. Avec Euclid les physiciens seront donc en mesure de dire si l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la...) de l'expansion de l'Univers provient d'une composante nouvelle, l'énergie noire, ou bien de la manifestation d'effets gravitationnels non prévus par la théorie standard de la gravitation, la relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme localement l’espace-temps. Le physicien Thibault Damour utilise à ce sujet...).

Pour réaliser ces mesures, Euclid effectuera un relevé d'une grande partie du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) avec deux instruments très précis, placés au foyer d'un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique...) de 1,2 m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.). Une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) de 576 millions de pixels observant dans le domaine visible fournira les images d'environ deux milliards de galaxies avec une très haute résolution, équivalente à celle du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un...). Un spectro-imageur opérant dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) produira une cartographie des grandes structures de l'Univers et mesurera la distance aux galaxies imagées par la caméra. Enfin, un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de supercalculateurs et de logiciels spécifiques sera nécessaire pour traiter les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) reçues du satellite (Satellite peut faire référence à :) (soit plusieurs millions de gigaoctets).

Les données scientifiques d'Euclid constitueront un catalogue unique de plusieurs milliards d'étoiles et galaxies distribuées sur l'ensemble du ciel situé de part et d'autre de la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la...). Ceci ouvrira notamment une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur la formation des premières galaxies, il y a plus de 12 milliards d'années, et représentera une source unique et quasi-inépuisable d'informations pour la communauté astronomique mondiale pendant les prochaines décennies.

Si l'ESA est en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) de la mission dans son ensemble, c'est un consortium de laboratoires et d'instituts européens (le plus important jamais rassemblé autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) d'une mission spatiale en Europe), dirigé par Yannick Mellier, de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) d'Astrophysique de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...) (Université Pierre et Marie Curie/CNRS), qui fournira les instruments et le système de traitement des données. Les laboratoires français soutenus par le CNES constituent les initiateurs et le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant...) de lance de ce consortium et ont largement contribué par des études approfondies à la sélection d'Euclid. Ils auront notamment en charge la fourniture du spectro-imageur infrarouge, du plan focal de la caméra visible, de l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) globale du système de traitement des données, de nombreux logiciels ainsi que d'un centre de calcul de grande capacité.

Les laboratoires participant au consortium Euclid sont les suivants:

• Astrophysique Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) et Modélisation (Université Paris Diderot /CEA-Irfu/CNRS)• AstroParticules et Cosmologie (Université Paris Diderot / CNRS/CEA / Observatoire de Paris)• Centre de Calcul de l'Institut National de Physique Nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) et de Physique des Particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes...) (CNRS)• Centre de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des Particules de Marseille (Aix-Marseille Université/CNRS)• Institut d'Astrophysique de Paris (Université Pierre et Marie Curie/CNRS)• Institut d'Astrophysique Spatiale (Université Paris-Sud/CNRS)• Institut de Physique Nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) de Lyon (Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) Lyon 1/CNRS)• Institut de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre social,...) en Astrophysique et Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des...) (Université Toulouse 3 - Paul Sabatier/CNRS)• Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers (CEA/Saclay)• Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNRS)• Laboratoire Lagrange (Observatoire de la Côte d'Azur/CNRS/Université de Nice Sophia Antipolis)• Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies (UPMC/Université Paris-Diderot/CNRS)

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Source: CNRS