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Posté par Michel le Mercredi 25/05/2011 à 12:00
Einstein Telescope: détecteur d'ondes gravitationnelles
Le 19 mai dernier, les scientifiques, dont ceux du CNRS, ont présenté l'étude de conception du projet Einstein Telescope (ET), future infrastructure européenne dont l'objectif sera d'observer l'Univers grâce aux ondes gravitationnelles.

Les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) gravitationnelles sont des oscillations de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé...) qui sont produites dans le cosmos lors de la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) de deux trous noirs, de l'effondrement d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) ou d'une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la matière...) de supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa...). En mesurant précisément les ondes gravitationnelles, ET apportera des informations clefs sur la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...), la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) et offrira également la possibilité de sonder les premiers instants de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), juste après l'explosion primordiale qui donna lieu à sa naissance.

La première génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles, qui a été construite dans les années 90, a permis de valider le principe de fonctionnement et de contraindre l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des ondes gravitationnelles émises par plusieurs sources. La prochaine génération (Advanced Ligo et Advanced Virgo) est en cours de construction et devrait détecter les premières ondes gravitationnelles, ouvrant ainsi l'ère de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...) gravitationnelle.


Vue artistique de l'observatoire ET. Crédit: Marco Kraan, Nikhef

ET est un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel...) d'ondes gravitationnelles (OG) de troisième génération, qui sera 100 fois plus sensible que les instruments actuels, ouvrant ainsi la voie à des mesures astronomiques de haute précision. Comme ses prédécesseurs, il sera basé sur la mesure des petites variations (inférieures à la taille d'un noyau atomique) de la distance entre des miroirs séparés de plusieurs kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...). Des faisceaux laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...), qui se propagent entre ces miroirs, mesureront les déformations de l'espace-temps produites lors du passage d'une OG.

L'étude de conception d'ET expose les objectifs scientifiques d'ET, la configuration du détecteur, ainsi que les délais et les coûts estimés. ET serait construit sous 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. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes telluriques,...), à une profondeur d'environ 100 à 200 mètres, pour réduire l'effet du bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à...) sismique résiduel et ainsi atteindre de hautes sensibilités dans les basses fréquences.

Les ondes gravitationnelles fourniront des informations complémentaires à celles obtenues avec des télescopes détectant des radiations électromagnétiques (des ondes radio jusqu'aux rayons gamma) et d'autres instruments détectant des particules à haute 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.) dans l'espace (physique des astroparticules).

En France, quatre laboratoires du 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).) ont participé à cette étude: le Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de particules (Lapp) à Annecy, le Laboratoire des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) avancés (LMA) à Lyon, le laboratoire Astroparticules et cosmologie (APC) à 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...) et le laboratoire Astrophysique relativiste, théories, expériences, métrologie (La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large.), instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :), signaux (Artemis) à Nice.

Un multi-détecteur

La stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) est de construire un observatoire permettant de dépasser les limites des détecteurs actuels en accueillant plusieurs détecteurs d'OG. Il sera composé de trois détecteurs imbriqués, chacun composé de deux interféromètres avec des bras de 10 kilomètres de long: un interféromètre pour détecter des signaux d'ondes gravitationnelles à basse fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) (2 à 40 Hz) et un autre interféromètre pour les hautes fréquences. La configuration est conçue pour permettre à l'observatoire d'évoluer avec des améliorations successives ou des remplacements de composants pouvant bénéficier de développements futurs en interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) et de répondre à une variété d'objectifs scientifiques.

La dimension européenne et mondiale

La Commission européenne a soutenu cette étude dans le cadre du septième programme-cadre (FP7-Capacities) en allouant trois millions d'euros. ET est également l'un des "Sept magnifiques" projets européens recommandé par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un...) Aspera pour le développement futur (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) de la physique des astroparticules en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent...).

La 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...) sur les ondes gravitationnelles représente un effort mondial, les informations complètes sur de nombreuses sources d'OG ne pouvant être obtenues qu'avec plusieurs interféromètres fonctionnant simultanément sur différents sites. Les communautés scientifiques aux États-Unis (LIGO), en Allemagne - Royaume-Uni (GEO600) et en Italie - France et Pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus...) Bas (Virgo) collaborent étroitement depuis plusieurs années. Elles partagent les technologies R & D et les avancées théoriques, ainsi que les méthodes pour l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à...). Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) européen ET contribuera à améliorer cette collaboration à travers le monde (Le mot monde peut désigner :).


En savoir plus...

La détection directe des ondes gravitationnelles - prédite par 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...) d'Einstein sur la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), la théorie générale de la relativité - est l'un des domaines les plus importants de la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en...) et de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour...) moderne. Outre la vérification de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux...), en particulier pour les champs gravitationnels extrêmes dans les environs d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en...), la détection des OG pourrait nous permettre, pour la première fois, de revenir sur les premiers instants de l'Univers juste après sa naissance.

Les observations (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 procuré explique la très grande...) cosmologiques sont actuellement limitées à celles des ondes électromagnétiques et des rayons cosmiques (particules de haute énergie tels que les protons).

Cette information peut remonter dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent....), mais seulement 380 000 années après le big-bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que...). Avant cela, la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) et la 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 occupe de l'espace et...) interagissaient continuellement, de sorte que l'Univers était opaque. L'Univers est devenu transparent uniquement lorsque matière et lumière se sont séparées au cours de cette époque. Par conséquence, des époques cosmologiques plus anciennes sont jusqu'à présent restées cachées et il n'a pas été possible de vérifier les théories diverses concernant leur nature. La mesure directe des ondes gravitationnelles peut nous permettre "d'écouter" l'Univers et de remonter aussi loin que le premier millième de milliardième de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) après le big-bang. Elle pourra ainsi fournir des informations totalement nouvelles au sujet de notre Univers.


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Source: CNRS-IN2P3