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La mise en évidence directe d'ondes gravitationnelles grâce à Advanced LigoAdvanced Ligo accentue l'intérêt de les étudier depuis l'espace. Premier avantage, il sera plus facile de les observer en s'affranchissant du bruit de fond terrestre, constitué des ondes sismiquesondes sismiques, ainsi que des variations du champ gravitationnel. Surtout, un instrument spatial, qui peut être de grande taille, permettra de sonder tout l'univers observable et d'accéder à des phénomènes inaccessibles aux instruments terrestres tels que Ligo et VirgoVirgo. C'est ce qu'ambitionne de faire l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne avec sa mission eLisa et ses trois engins séparés... d'un million de kilomètres.
Toutefois, cette ambitieuse mission, dont le coût est estimé entre 1,5 et 2 milliards d'euros, se heurte à des difficultés techniques considérables. Pour minimiser les risques, l'Esa a lancé en décembre 2015 le démonstrateurdémonstrateur Lisa Pathfinder afin de tester des technologies clés pour l'observation des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles depuis l'espace (voir à ce propos les explications de Damien Texier, responsable de la mission en opération à l'Esa, dans notre article sur Lisa Pathfinder).
Au cœur du satellite Lisa Pathfinder se trouve le système de laser qui permettra de mesurer les infimes mouvements des deux masses étalons, baptisées Jake et Elwood, représentées ici par les cubes jaunes. © Esa/ATG Medialab
Pour détecter une onde gravitationnelle, le problème est la précision de la mesure
Pour réaliser cette démonstration, LisaLisa Pathfinder et ses interféromètres laser vont mesurer la position relative et l'orientation des deux masses étalons, séparées de seulement 38 centimètres, au lieu du million de kilomètres de la future mission eLisa. La précision sur la mesure devra être inférieure à 0,01 nanomètre, soit moins d'un millionième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Si cette démonstration réussit, elle ouvrira la voie à ce projet ambitieux.
Depuis sa position à 1,5 million de kilomètres, autour du point de Lagrange L1 du système Terre-SoleilSoleil, Lisa Pathfinder s'apprête à débuter ses opérations scientifiques. Les deux masses étalons (1,96 kgkg chacune), bloquées lors du voyage depuis la Terre, viennent d'être libérées. Elles sont désormais maintenues en position grâce à un faible champ électrostatiqueélectrostatique qui peut être contrôlé avec une grande précision.
Au cours des semaines à venir, le système de contrôle du satellite réduira la force électrostatique exercée sur les deux masses étalons afin d'atteindre le mode d'opération scientifique. Ce dernier suppose qu'aucune force ne s'exerce sur les masses le long de l'axe qui les relie, obligeant ainsi le satellite à suivre ces masses. Elles devront rester parfaitement immobiles entre elles et par rapport à lui.
Le passage d'une onde gravitationnelle se traduira, pour la mission eLisa, par une modification des distances séparant les satellites. Techniquement, cette mesure sera très difficile. Le rôle du démonstrateur Lisa Pathfinder est de déterminer tout ce qui contribue à fausser la mesure de distance. « Il est primordial de s'assurer que les déplacements des masses ne soient pas dus au reste du système », nous expliquait Damien Texier.
