Les résultats finaux de la mission MICROSCOPE atteignent une précision record
La mission MICROSCOPE livre ses derniers résultats et vient confirmer le principe d’équivalence avec une précision inégalée de 10-15. Ces résultats démontrent que les corps tombent dans le vide avec la même accélération indépendamment de leur composition ou de leur masse ; le principe d’équivalence demeure donc encore aujourd’hui inébranlable, rien de moins qu’une nouvelle victoire de la Relativité Générale proposée par Albert Einstein il y a plus d’un siècle.
En 2017, les premiers résultats du satellite MICROSCOPE du CNES, équipé des accéléromètres de l’ONERA, permettaient d’améliorer la précision du test Principe d’équivalence (ou universalité de la chute libre) à un niveau qui l’avait placé en référence mondiale. Grâce aux premières données disponibles, ces résultats avaient été obtenus par le laboratoire Géoazur (CNRS/OCA/UCA/IRD) et l’ONERA en coopération avec le CNES et en partenariat avec le science working group (CNRS, IHES, Imperial College, université de Brème, DLR, université de Delft, IGN). Ils ont valu à quatre membres de l’équipe MICROSCOPE de recevoir le prix Servant de l’académie des sciences en 2019. Depuis 2017, 15 fois plus de mesures ont été accumulées jusqu’à la désorbitation du satellite en octobre 2018. L’équipe scientifique a analysé la totalité des données et a réussi à repousser encore les limites du test en faisant 10 fois mieux qu’en 2017. 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.
A propos du principe d’équivalence
Selon la théorie d’Einstein, l'univers est représenté par un espace-temps à quatre dimensions et la gravitation résulte de la courbure de l'espace-temps induite par la matière. La Relativité Générale a permis ainsi d’expliquer l’anomalie jusque-là insoluble de l’orbite de Mercure, de prévoir des phénomènes aussi surprenant que les lentilles gravitationnelles, les trous noirs ou les ondes gravitationnelles. Néanmoins une question fondamentale demeure : pourquoi la Relativité Générale semble incompatible avec la théorie quantique des champs qui décrit fidèlement le monde des particules et de l’infiniment petit ? La recherche d’une théorie universelle englobant la gravitation et la physique quantique est le Graal des physiciens. La plupart des théories candidates prédisent une violation du principe fondateur de la Relativité Générale : l’équivalence entre gravitation et accélération.
Tester le principe d’équivalence revient à tester la fondation de toutes les théories de la gravitation et plus généralement des théories alternatives à la relativité. Par ses résultats, MICROSCOPE repousse les limites en apportant de nouvelles contraintes à ces nouvelles théories à un niveau de précision tel qu’il faudra certainement attendre très longtemps pour faire mieux.
A propos de MICROSCOPE
MICROSCOPE (MICROSatellite à trainée Compensée pour l’Observation du Principe d’Équivalence) est une mission du CNES, réalisée en partenariat avec l’ONERA, le CNRS, l’OCA, l’ESA, le DLR, le ZARM (laboratoire de microgravité de l’université de Brème) et le PTB (Institut de métrologie allemand). Grâce à sa micro-propulsion asservie sur les accéléromètres, le satellite assure un contrôle ultrafin de son orbite et compense le frottement atmosphérique résiduel avec un niveau jamais atteint auparavant en orbite basse. L’instrument T-SAGE de l’ONERA est placé au cœur de ce laboratoire en parfaite chute libre et au milieu d’un cocon protecteur où la stabilité thermique est meilleure que le millionième de degré. L’instrument est un accéléromètre différentiel. Il mesure avec une extrême précision, à l’échelle atomique, la position de ses masses d’épreuve qui sont en chute libre autour de la Terre.
MICROSCOPE a été lancé le 25 avril 2016 et été désactivé le 15 octobre 2018. Les mesures scientifiques et les caractérisations fines de l’instrument et du satellite ont permis de comparer la « chute libre » de deux matériaux différents, le platine et le titane, sur 1642 révolutions autour de la Terre, soit 73 millions de km, équivalent à la moitié de la distance Terre-Soleil.
Fruit d’un effort de plusieurs années, cette expérience française est une pépite dans le paysage de la physique fondamentale et un défi pour les ingénieurs et scientifiques qui ont réussi à repousser encore plus loin les limites de la précision du test du principe d’équivalence. Ces résultats ont été obtenus par les équipes scientifiques de l’ONERA, du CNRS et de l’OCA avec la contribution du CNES et la collaboration de laboratoires européens. Cette analyse est publiée dans deux revues de physique prestigieuses : Classical and Quantum Gravity (IOP Publishing) et Physical Review Letters (American Physical Society).
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