La relativité au MICROSCOPE

La relativité au MICROSCOPE

Le satellite MICROSCOPE du CNES a tourné autour de la Terre avec une expérience permettant de vérifier l’équivalence entre accélération et gravitation. Cet élément central de la théorie de la relativité a ainsi été validé avec une précision inédite.

La théorie de la relativité générale d’Einstein a un peu plus d’un siècle et on ne cesse de la «tester» avec des expériences et des observations. Ceci, car malgré ses succès évidents dans le domaine de l’infiniment grand (les ondes gravitationnelles, l’explication de l’orbite de Mercure et bien d’autres choses), cette théorie entre en conflit avec la mécanique quantique qui adresse l’infiniment petit. Et le satellite MICROSCOPE a été conçu dans ce contexte.

Autour de la Terre de 2016 à 2018

L’idée est qu’en trouvant à quel moment la relativité devient inexacte, on pourra défricher une piste afin d’unifier la gravitation telle que décrite par Einstein et la gravitation façon physique quantique. Ce serait un immense bond en matière de science fondamentale.
Le satellite MICROSCOPE (MICROSatellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence) de l’agence spatiale française CNES a donc été conçu pour vérifier une base incontournable de la relativité générale, à savoir le principe d’équivalence entre gravitation et accélération. La vidéo du CNES ci-dessous (qui remonte à 2014) explique le but de MICROSCOPE.

Comme expliqué dans cette vidéo, le principe d’équivalence implique que deux objets de masse et composition différentes «tombent» à la même vitesse dans un champ de gravitation donné. Sur Terre, cette expérience peut être réalisée, notamment en lâchant deux objets dans une enceinte où le vide a été fait (sinon les effets aérodynamiques faussent le résultat).
MICROSCOPE teste donc le principe d’équivalence en surveillant le comportement de deux masses différentes embarquées à bord du satellite à 710 km d’altitude. L’instrument a été conçu par l’ONERA et cette page web l’explique en détail.
Lancé en 2016, MICROSCOPE a accumulé les données jusqu’en 2018, année où sa rentrée volontaire dans l’atmosphère a été contrôlée afin d’éviter qu’il n’encombre l’orbite terrestre.

L’équivalence avec précision

Au fur et à mesure de la mission, les scientifiques ont décortiqué les données reçues, à savoir la comparaison de la chute libre des deux masses en platine et titane embarquées. En tout, le CNES détaille que les mesures concernent 1642 révolutions autour de notre planète, soit un parcours de 73 millions de kilomètres.
En septembre 2022, les ultimes résultats présentés s’appuyaient sur l’intégralité des données de la mission : «En comparant les accélérations de chute libre de deux corps de compositions différentes, les équipes en charge de MICROSCOPE démontrent que leur écart relatif est inférieur à quelques 10-15». Ce qui signifie que le principe d’équivalence a été testé avec une précision allant jusqu’au quinzième chiffre après la virgule ! Le communiqué de presse y voit «rien de moins qu’une nouvelle victoire de la Relativité Générale proposée par Albert Einstein il y a plus d’un siècle».

Examen au sol de l’instrument contenant deux masses différentes et chargé de mesurer très précisément leur comportement sur orbite à bord du satellite MICROSCOPE. Crédit : CNES/Hervé Piraud

Examen au sol de l’instrument contenant deux masses différentes et chargé de mesurer très précisément leur comportement sur orbite à bord du satellite MICROSCOPE.
Crédit : CNES/Hervé Piraud

Crédit image titre : Cité de l’espace d’après éléments CNES