vendredi 15 avril 2016

Présentation de la mission Microscope


Ce vendredi 15 avril 2016 se tenait au siège du CNES à Paris la conférence de presse de la mission Microscope (MICRO-Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence).
Le lancement est prévu depuis Kourou le 22 avril par un lanceur Soyouz (le 14ème depuis Kourou). Microscope est lancé en même temps que Sentinel 1B et trois nanosatellites.



Ce Micro-Satellite doit tester l'universalité de la chute libre.

(Crédit : CNES)
Les principaux responsables de la mission et chefs de projets étaient présents - Parmi eux :

- Thibault Damour, Professeur à l'IHES (voir son interview en cliquant ici)
- Sylvie Leon-Hirtz, responsable de la thématique Physique Fondamentale au CNES (voir son interview en cliquant ici)
- Yves André, Chef de projet Microscope au CNES (voir son interview en cliquant ici)
- Alessandro Atzi, chef de projet adjoint Microscope à l'ESA
- Pierre Touboul, Principal Investigateur Microscope à l'ONERA (voir son interview en cliquant ici)
- Gilles Metris, Co-Principal Investigateur Microscope à l'Obs Côte d'Azur/CNRS (voir son interview en cliquant ici)
- Eberhard Bachem, Chef de projet Microscope à la DLR (agence spatiale allemande)

La conférence de presse était animée par Gilles Davidowicz.

Le site de la mission : https://microscope.cnes.fr/

(Le physicien Thibault Damour)
(Sylvie Leon-Hirtz, Yves André, Pierre Touboul, Thibault Damour, Gilles Metris et G. Davidowicz)
(Crédit : Stéphane Sebile / Space Quotes - Souvenirs d'espace)

Mais qu'est-ce donc que l'universalité de la chute libre ?

Galilée imagine une théorie où deux objets de nature et de masse différente tombant de la Tour de Pise (tout le monde connaît cette légende) arriverait au sol exactement au même moment. La déduction qui s'impose à lui est toute simple : dans le vide, les corps tombent à la même vitesse, quelque soit leur nature ou leur masse. C'est ce qu'on appelle l'universalité de la chute libre ou l'équivalence entre la masse pesante (sensible à l'attraction gravitationnelle) et la masse inerte  ou masse d'inertie (sensible au changement de mouvement).
Et c'est cette observation qu'Albert Einstein va ériger en principe, le principe d'équivalence (PI), et qui sera le fondement de la théorie de la Relativité Générale.

Cette théorie, on va essayer de faire simple, décrit la gravitation comme une courbure de l'espace-temps. La gravitation est le moteur de la structuration et de l'évolution de l'univers. Et jusqu'à présent, elle n'a jamais été mise en défaut malgré les très nombreuses expériences y compris avec les premières observations d'ondes gravitationnelles. Ces expériences ont atteint un degré de précision atteignant  10-13  .

Je sais, cela peut paraître un peu ardu, mais un petit rappel était nécessaire ;-)


Pourquoi la mission Microscope ?

Pourtant, avec l'arrivée de nouvelles théories, comme la théorie quantique des champs (qui décrit le monde des particules) ou la théorie des cordes qui cherchent à concilier la gravitation avec d'autres facteurs, ces mêmes théories prédisent que le principe d'équivalence entre gravitation et accélération (principe fondateur de la Relativité Générale), pourrait être violé à un niveau très faible. C'est la raison d'être de Microscope : trouver une brèche dans la Relativité Générale d'Einstein.

Et c'est dans l'espace que l'on va donc étudier cela avec une précision de  10-15 , soit 100 fois supérieure aux observations obtenues sur Terre - pour ce faire, on étudiera le mouvement relatif de deux corps en réalisant une chute libre la plus parfaite possible, à 707 km d'altitude en orbite héliosynchrone.

Jusqu'à présent, toutes les expériences de chute libre étaient réalisées sur Terre avec seulement quelques secondes. En allant dans l'espace, Microscope permettra des observations sur le mouvement de chute libre permanente.
Le satellite est un satellite à compensation de traînée, c'est à dire que des micro-propulseurs d'une force de quelques micronewtons (puissance nécessaire pour soulever un grain de sable) permettent de compenser avec une extrême précision les forces non gravitationnelles, et donc de simuler de façon quasi parfaite une chute libre permanente (voir plus bas pour plus de détails sur les micro-propulseurs utilisés).

Si on trouve une violation du principe d'équivalence, cela ouvrira de nouvelles perspectives, de nouvelles portes de la physique où il y aura une nouvelle interaction se superposant à la gravitation et du couplage composition des masses et certaines particules élémentaires.

''Microscope est une fenêtre, extrêmement transparente, 
sur la physique au-delà de la physique actuelle''

Descriptif de Microscope

Microscope est un micro-satellite dérivé de la famille des satellites Myriade du CNES (pour la pate-forme). Il pèse 300 kg environ pour 1,4 m x 1 m x 1,5 m.


Pensée dans les années 1990, la mission a été sélectionnée par le CNES en 1999 et a été plusieurs fois reportée avant son lancement prévu le 22 avril 2016.

La particularité est que la charge utile et le satellite ne font qu'un. Le satellite est l'instrument et l'instrument est aussi le satellite.
Il est équipé de 8 micro-propulseurs à gaz froid qui compenseront les infimes perturbations afin de ne pas fausser les résultats. Ce système d'attitude et de compensation de traînée a été développé par le CNES pour la propulsion à gaz froid qui sera utilisé par les micro-propulseurs à poussée continue développés eux par l'ESA. Le gaz est réparti dans 6 petits réservoirs à 350 bars de pression - il y en a assez pour une mission d'au moins deux ans.


Le bloc charge utile (BCU) est le ''cocon'' de l'instrument principal, le T-SAGE, permettant de garantir la stabilité thermique et la tenue mécanique de celui-ci. Il pèse environ 50 kg et est à l'intérieur du satellite fixé sur la paroi qui ne voit jamais le soleil. Il a deux étages séparés par des barres de titane isolante. L'ensemble est isolé radiativement du reste de la plateforme par un isolant spécial MLI (Multi-Layer Insulator).



L'instrument T-SAGE

L'ONERA a développé l'instrument T-SAGE qui est la pièce maîtresse de Microscope. Il est composé d'un double accéléromètre différentiel qui va donc tester le principe d'équivalence de la théorie d'Einstein.

T-SAGE veut dire Twin Space Accelerometre for Space Gravity Experiment et il est un concentré du savoir-faire de l'ONERA sur la micro-accélométrie depuis plus de 40 ans.
Ces micro-accéléromètres différentiels vont mesurer pendant plusieurs mois d'affilée les éventuelles différences (et tout le monde espère qu'il y en aura) d'accélération de deux masses cylindriques de composition différentes, platine et titane en les comparant avec deux masses de matériau identique (platine) qui seront toutes soumises au seul champ de gravité.

(L'instrument T-SAGE avant l'intégration / Crédit : CNES - Sébastien Girard)

Après deux ans de service, Miscroscope sera désorbité grâce à un système de contrôle de désorbitation, IDEAS, par l'usage de deux mâts déployables.



En cas de ''réussite'' et que le principe d'équivalence est remis en question, il faudrait prendre en compte les nouvelles théories dans toutes celles déjà élaborées. La théorie des cordes pourrait être testée avec plus d'approfondissement par exemple, celle-ci supposant l'existence d'une force qui modifierait légèrement la gravité en fonction de la composition des objets.

(Crédit : CNES)
(Crédit : CNES modifié Spacemen1969)
(Jean-Yves Le Gall, Président du CNES)
(Alessandro Atzei de l'ESA)
(Sylvie Leon-Hirtz, Yves André, Allessandro Atzei, Pierre Touboul et Gilles Metris)

Crédit : Stéphane Sebile / Spacemen1969
             Space Quotes - Souvenirs d'espace
             (autres crédits mentionnés)
Sources : CNES / ESA / ONERA

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