Sciences - Santé

Einstein avait donc raison. Les ondes gravitationnelles existent. Voilà très exactement cent ans que le génial Einstein présenta sa théorie de la relativité générale qui bouleversa de fond en comble nos conceptions de l'univers. Cette théorie prévoit l'existence d'ondes gravitationnelles mais on ne les avait encore jamais détectées directement.

On connaît les ondes électromagnétiques, depuis la lumière jusqu'aux ondes radio. Mais il en existe d'autres. La force de gravitation qui attire les masses les unes vers les autres, est associée aussi à des ondes. Si une masse est en mouvement, elle génère des trains d'ondes. Mais d'un type particulier. Einstein a montré que nous évoluons dans un espace-temps à quatre dimensions. Et dans cet espace, une masse en mouvement déforme l'espace-temps autour d'elle et génère des ondes de déformation, un peu comme un caillou jeté dans une mare provoque des ondes dans l'eau.

On a calculé que si on pouvait faire tourner à mille tours par seconde, deux masses d'une tonne reliées par une barre d'un mètre, on créerait des ondes qui ne déformeraient les objets environnants que d'un facteur 10 exposant moins 44. Une déformation si petite qu'elle est impossible à mesurer. Il faut donc chercher des événements bien plus violents.


Des catastrophes

On a trouvé pour cela une «catastrophe» majeure: l'effondrement d'une étoile en un trou noir, l'explosion d’une étoile (une supernova), la fusion de couples d'étoiles à neutrons ou celle de deux trous noirs, voire évidemment le big bang initial. Ils doivent générer dans tout l'univers, des ondes particulièrement fortes qu'on cherche à détecter.

Malheureusement et contrairement aux ondes électromagnétiques, ces ondes ne sont pas détectables par la matière. On ne peut les «voir» qu'en mesurant la déformation de l'espace-temps à leur passage. Si le phénomène était à notre échelle et si ces ondes gravitationnelles tombent sur des objets (une table, une maison, etc.) ceux-ci verront leurs dimensions se modifier. Il y aura un étirement dans le sens perpendiculaire à l'onde, un cercle devenant sous le passage de l'onde gravitationnelle, une ellipse. Ces distorsions seront alors oscillantes.

Mais en réalité, la déformation est infime, de l'ordre de 10 puissance moins 21, soit une variation d'un diamètre d'un atome par rapport à la distance terre-lune! Ou comme si il fallait trouver un grain de sable particulier sur les plages de toute la Normandie.


Interféromètres

Comment mesurer que notre espace «vibre», se contracte de cette quantité si infinitésimale? Plusieurs équipes à travers le monde tentent depuis quinze ans de confirmer ces prédictions d'Einstein, en particulier aux Etats-Unis à Hanford avec le détecteur Ligo et en Europe, près de Pise avec le détecteur Virgo. Toutes utilisent la même technique de l'interféromètre.

Le principe est simple: on dédouble un rayon laser dans deux tubes sous terre, placés à la perpendiculaire. Ceux-ci, dans le cas de Virgo, longs de 3 kilomètres et d'un diamètre de 40 centimètres, sont munis de miroirs aux deux extrémités qui réfléchissent le rayon.

On fait faire plusieurs allers et retours aux rayons pour atteindre 150 kilomètres de trajet, avant de remettre les deux rayons en concordance et de voir s'il y a eu une légère différence dans un des bras. Si une anomalie survient, c'est-à-dire si le temps de parcours diffère, on peut soupçonner le passage d'une onde gravitationnelle qui aura contracté ou dilaté l'espace autour du tube et raccourci ou allongé d'autant le temps de parcours du rayon laser. On parle ici d'une contraction d'un milliardième de milliardième de mètre après un parcours du rayon de 150 kms!

Il faut donc avoir de grands «bras» à l'interféromètre. Ceux de Pise ont 3 kilomètres de long. L'agence spatiale européenne, avec son projet Lisa, voudrait placer sur orbite un système avec des bras virtuels de 1 million de kilomètres.

Au plus les bras sont longs, au plus la sensibilité sera grande. Mais au plus, aussi, les difficultés techniques sont grandes. Il faut en effet que ces tubes aient un vide parfait, intersidéral, que les miroirs réfléchissants soient d'une planéité absolue, à l'atome près, et surtout que ces tubes soient mis sur des «amortisseurs» parfaits qui les isolent complètement de tout mouvement parasite, aussi petit soit-il (un piéton marchant à des kilomètres pourrait modifier le détecteur).

L’avenir passera donc aussi par le gigantesque projet E-Lisa, un interféromètre géant composé de trois satellites séparés par 1 million de kilomètres, un projet préparé d’abord ensemble, par l'Esa et la Nasa mais repris ensuite par la seule Esa. Un détecteur triangulaire composé de 3 satellites avec 2 « bras » de 1 million de kilomètres et qui devrait être lancé en 2034. En prévision de ce lancement, l’Esa a lancé en décembre le satellite LisaPathfinder pour tester les technologies qui seront nécessaires.