Microscope

En 2016, l'universalité de la chute libre sera testée pour la première fois dans l'espace. Réalisée dans un micro-satellite du CNES, l'expérience aura une précision 100 fois meilleure que sur Terre.

Au 17e siècle, Galilée imagine une expérience du haut de la Tour de Pise où il laisse tomber en même temps 2 objets de nature et de masse différente. Les 2 corps touchant le sol exactement au même moment, il en déduit que dans le vide, tous les corps tombent avec la même vitesse, quelle que soit leur masse ou leur composition. C’est ce qu’on appelle l’universalité de la chute libre ou encore l’équivalence entre la masse pesante (sensible à l’attraction gravitationnelle) et la masse inerte (sensible au changement de mouvement). Cette observation sera érigée en principe, dit d’équivalence, par Albert Einstein qui en fera le fondement de sa théorie de la relativité générale.

Récemment vérifié avec un degré de précision relative de l’ordre de 10-13, ce principe est toutefois encore mis à l’épreuve car les nouvelles théories – qui cherchent à concilier la gravitation avec les autres interactions fondamentales (nucléaires et électromagnétique) –  prédisent qu’il pourrait être violé à un niveau très faible. Le satellite Microscope (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) permettra d'aller encore plus loin et de le tester avec une précision de l’ordre de 10-15. En effet, dans l’espace, il est possible d’étudier le mouvement relatif de 2 corps en réalisant une chute libre la plus parfaite possible, à l’abri des perturbations dues à la Terre (notamment sismiques), et en mettant à profit le mouvement de chute libre permanent dont est animé un satellite en orbite, avec des mesures sur plusieurs mois d’affilée.

Pour cela, 2 masses cylindriques concentriques constituées de matériaux différents – du titane d'un côté ; un alliage de platine et de rhodium de l'autre –  seront minutieusement contrôlées afin de rester immobiles par rapport au satellite dans un double accéléromètre électrostatique différentiel. Si le principe d'équivalence est vérifié, les 2 masses subiront la même accélération de contrôle. Si des accélérations différentes doivent être appliquées, cela mettra en évidence une violation du principe d'équivalence, ce qui constituerait alors un événement majeur pour la physique.

Cette expérience sera embarquée sur un micro-satellite de la filière Myriade du CNES de 300 kg (contre 100-150 kg habituellement) et équipé de micro-propulseurs à gaz froid capables de compenser les plus infimes perturbations de trajectoire qui risqueraient de fausser les résultats. Le CNES finance cette mission à 90% et en assure la maîtrise d'œuvre : développement de la plate-forme du satellite, intégration et essais sur le satellite jusqu'à son lancement, réalisation et opération du centre de contrôle.