Mission Microscope

Salut

Alors que des neutrinos apparemment supraluminiques semblent remettre en cause la théorie de la relativité d’Albert Einstein, la mission spatiale Microscope, qui doit tester le principe d’équivalence, est très attendue. Prévue pour un lancement vers 2015, elle joue son avenir ces prochaines semaines car le Cnes doit statuer sur son sort. Pierre Touboul, chercheur à l’Onera et principal investigateur de Microscope, nous explique l'importance de cette mission.

Dans un entretien accordé à Futura-Sciences, Pierre Touboul, chercheur à l’Onera et principal investigateur de la mission Microscope (Microsatellite à traînée compensée pour l'observation du principe d'équivalence), revient sur le rôle et la responsabilité de l’Onera dans cette mission dont l’objectif est de « confirmer ou d’invalider le principe d’équivalence, constaté par Galilée, puis par Newton, et à la base de la théorie de la relativité générale d’Einstein ». Par le développement d'accéléromètres spatiaux, qui « permettent de mesurer des accélérations extrêmement faibles », l’Onera a la responsabilité du développement de la charge utile et doit s’assurer que le retour scientifique sera bien celui vendu au moment de la décision de lancer le programme.

Le principe d'équivalence est à la « base de notre conception de la gravitation. Ainsi tous les corps acquièrent la même accélération dans un champ de gravitation, indépendamment de leur masse et de leur composition interne » nous explique Pierre Touboul. L’enjeu de sa vérification est énorme : « s’il était violé, cela pourrait signifier qu’il existe une interaction qui nous est inconnue, ouvrant alors la voie à une nouvelle physique, une théorie plus englobante que la relativité générale ». Aujourd’hui, les chercheurs sont parvenus à obtenir des mesures d’une précision de l’ordre de 10-12, voire 10-13. Mais pour aller au-delà, et atteindre une précision d'au moins 10-15, il faut se « libérer des contraintes qu'entraînent les expériences menées au sol en testant ce principe d'équivalence dans l'espace ».

C’est en 2004 que le Cnes lance le projet Microscope et confie à l’Onera, alors en pointe dans l'accélérométrie spatiale, le développement d’un tel instrument, « mille fois plus précis qu’auparavant » pour mesurer dans l’espace ce principe d’équivalence, voire de détecter la « différence qu’envisagent certains théoriciens ». L’idée est d’en développer un avec les « mêmes technologies qui nous ont permis de construire les accéléromètres pour les missions Champ du DLR, Grace de la Nasa ou Goce de l’Esa » tout en prenant en compte la spécificité de la mission.

S’il s’agit du même concept que les instruments réalisés pour Goce, il y a « néanmoins une configuration très spécifique pour la mission Microscope qu’il a fallu développer ». Cette spécificité s’explique par le test du principe d’équivalence en orbite que l’on « souhaite faire avec la chute de deux masses d'épreuve de compositions différentes qui sont concentriques de façon à ce qu’elles soient soumises au même champ de gravité ».

Les deux masses prennent la forme de deux cylindres concentriques. L'une sera réalisée en alliage de titane et l’autre en alliage de platine. Si le principe d'équivalence est vrai, ces deux suivront la même chute libre (une orbite est la trajectoire d'une chute libre) et resteront immobiles l'une par rapport à l'autre.

L’instrument de Microscope reprend le « même concept de la lévitation électrostatique d’une masse d’épreuve sans contact », c’est-à-dire que chaque masse d’épreuve est entourée d’électrodes sur lesquelles sont appliquées des tensions électriques. « Les champs électriques qui l’entourent sont contrôlés de façon à créer des pressions électrostatiques sur la masse afin de limiter ses déplacements par rapport à la structure de l’instrument à des niveaux quasi nuls, subatomiques. C’est la mesure de ces forces appliquées qui permet de mesurer les accélérations extrêmement faibles subies par les masses d’épreuve. » Cet instrument sera installé sur une plateforme Myriade du Cnes avec comme contrainte que « la charge utile soit de masse inférieure à 35 kilogrammes et d’une puissance n'excédant pas 40 watts ».

En attente du feu vert du Cnes

Le Cnes doit prendre une décision avant la fin de l’année sur la poursuite de cette mission. Malgré des surcoûts et un retard pris dans la mise au point du satellite, la mission est prête à être réalisée en vue d’un lancement dès 2015 qui pourrait s'effectuer en 2015 ou 2016 par le futur petit lanceur Véga ou en tant que passager secondaire par un lanceur Soyouz ST depuis la Guyane. Il sera lancé à une altitude d’environ 820 kilomètres sur une orbite héliosynchrone, quasi polaire pour une durée d’au moins un an.

Les surcoûts de la mission sont en grande partie exogènes à la mission elle-même, « liés au choix du lanceur et à la nécessité de désorbitation du satellite en moins de 25 ans pour réduire les débris dans l’espace ». Quant au retard pris dans le développement du satellite, il s’explique par le choix du Cnes de remplacer les propulseurs électriques initialement prévus, qui « ne sont pas technologiquement prêts », par des propulseurs à gaz froids, actuellement développés pour la mission Gaia de l’Esa et qui permettront des « poussées de l’ordre du micronewton dont le satellite aura besoin ».

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