La mission Microscope consistait à effectuer des expériences en orbite pour évaluer le principe d’équivalence, qui est un socle de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. De nouveaux résultats valident ce principe à un degré sans précédent.

L’expérimentation a pu valider un peu plus la théorie. Dans un communiqué de presse paru le 14 septembre 2022, le Centre national d’études spatiales (Cnes) a annoncé les résultats finaux de la mission Microscope. La validité de la théorie de la relativité générale énoncée par Albert Einstein en 1915 est confirmée une fois de plus, à une précision inégalée.

Plus exactement, l’objectif de la mission Microscope était de mettre à l’épreuve le principe d’équivalence. Il s’agit d’un élément fondamental en physique. Ce phénomène fait que deux corps dont la masse ou la composition diffère tombent quand même dans le vide avec la même accélération. Cela, même s’il s’agit d’une plume et d’un bloc de béton.

Cnes Microscope
Une infographie du Cnes de 2016 pour saisir le challenge qu’était Microscope. // Source : Cnes

Ce principe d’équivalence, aussi appelé universalité de la chute libre, sert de test dans la quête d’une théorie universelle englobant la gravitation et la physique quantique. La Relativité Générale paraît incompatible avec le domaine de l’infiniment petit et des particules. La gravitation et la physique quantique semblent aujourd’hui irréconciliables.

Pour essayer d’unifier le tout, des théories candidates existent. Or, celles-ci tablent sur une violation du principe d’équivalence, justement. Dès lors, l’expérimenter à des degrés extrêmes permet de challenger les alternatives à la théorie de la relativité. Et pour le moment, Albert Einstein a toujours raison. L’équivalence entre gravitation et accélération tient.

Des mesures de 2017 déjà très encourageantes

Il s’avère qu’une première expérimentation via la mission Microscope a validé le principe d’équivalence à la fin 2017, à un seuil infinitésimal. Ce phénomène a été prouvé à 10-14. Aujourd’hui, les résultats partagés par le Cnes et l’Office national d’études et de recherches aérospatiales (Onera) permettent de descendre d’un cran, à 10-15.

Le décalage d’une seule unité dans la puissance paraît anodin, mais il faut avoir en tête que cette opération désigne un nombre qui a quinze chiffres après la virgule. Il a d’ailleurs fallu cinq ans aux physiciens pour « simplement » passer de 10-14 à 10-15. Pour l’Onera et le Cnes, « il faudra certainement attendre très longtemps pour faire mieux. »

Cette précision de 10-14 à 10-15 a été obtenue dans le cadre de mesures à travers la gravité terrestre. Le précédent marqueur, avant la mission Microscope, avait été atteint par le groupe de physiciens américains Eöt-Wash en 2012. La mission Microscope avait déjà amélioré la mesure d’un facteur vingt. Un projet d’expérience américain, Step, aimerait porter la marque à 10-18.

Microscope
Vue d’artiste du satellite Microscope. // Source : Cnes

Dans le cas de la mission Microscope, qui a fonctionné du printemps 2016 jusqu’à l’automne 2018, il s’agissait d’observer le comportement de deux cylindres creux concentriques (un interne en platine et de 400 g, l’autre externe en titane et de 300 g). Ils étaient immobilisés l’un par rapport à l’autre grâce à un système électrostatique et le tout en apesanteur.

« Il s’agit de mesurer et de comparer les forces à appliquer à chaque masse pour les maintenir fixes. Dans la mesure où l’on contrôle toutes les autres perturbations, une différence signerait une violation du principe d’équivalence », développait en 2017 Gilles Métris, chercheur au laboratoire Géoazur et co-investigateur principal de la mission, dans le journal du CNRS.

Microscope était ainsi un véritable laboratoire, en orbite terrestre basse (710 km d’altitude). Aujourd’hui en phase de désorbitation, qui prendra 25 ans, l’engin a pu effectuer 1 642 révolutions, soit 73 millions de km, ce qui équivaut à la moitié de la distance Terre-Soleil. Des dizaines de mesures ont pu être effectuées, notamment après les résultats préliminaires de 2017.

Les fondations du principe d’équivalence sont donc toujours solides, et cela, malgré le temps qui passe, l’arrivée de la physique quantique et l’émergence de théories alternatives. « Rien de moins qu’une nouvelle victoire de la relativité générale proposée par Albert Einstein il y a plus d’un siècle », note le Cnes. La grande théorie universelle pour tout unifier attendra encore.