12/02/2016 – 07H00 Washington (Breizh-info.com) – La conférence de presse était réglée comme du papier à musique. Les ondes gravitationnelles font des vagues sur la planète scientifique, depuis ce jeudi 11 février. Et ce n’est pas fini. La guerre des paternités va maintenant commencer.

Les expérimentateurs américains sont fiers de leur première observation, annoncée au monde entier à grand renfort de relais médiatiques. Mais elle n’aurait pas été possible sans les travaux théoriques qui ont rendu l’expérience possible. Et là, il faut traverser l’Atlantique pour comprendre, et débarquer à Gif-sur-Yvette (Essonne), à l’Institut des Hautes Études Scientifiques où officie Thibault Damour, professeur de physique théorique, médaille Einstein (Berne, 1996), spécialiste de la relativité générale et membre de l’Académie des Sciences.

Les laboratoires américains liés à l’expérience LIGO (pour Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) affichent leur satisfaction immédiate. Ils disent avoir « découvert » les ondes de gravitation. Voyons les détails. Leur histoire remonte à un siècle exactement, anniversaire oblige, pour servir l’effet médiatique. Dans un très long article publié en 1916 à Berlin, par les Annalen der Physik, Einstein introduisait la notion (et les équations) d’un ‘champ de gravitation’ mis en parallèle avec ceux de l’hydrodynamique ou de l’électromagnétisme de Maxwell. Une conséquence pouvait s’en déduire, que ses successeurs n’ont pas manqué de tirer : si la théorie n’est pas excentrique, il doit exister des ondes gravitationnelles comparables aux ondes magnétiques ou aux ondes lumineuses ; le problème, c’est que leur effet est tellement infime que personne n’imagine quelle expérience de laboratoire peut les mettre en évidence.

Un premier pas a été effectué en 1974 grâce au radio-télescope américain de Porto Rico. L’observation d’un pulsar binaire (une étoile noire gravitant autour d’une étoile à neutrons en cours d’effondrement) a mis en évidence un raccourcissement de son orbite. Les deux découvreurs du pulsar, Russell Hulse et Joseph Taylor, se virent attribuer en 1993 un prix Nobel de physique pour avoir montré que la seule explication possible du phénomène passait par une interprétation de cette construction binaire en termes de champ gravitationnel tel que décrit en 1916. La perte d’énergie du système binaire serait due aux ondes gravitationnelles. C’était, en quelque sorte, une preuve indirecte mais pas une preuve directe de leur existence.

Un second pas est effectué à partir de l’année 2000, quand Thibault Damour publie dans la Physical Review, avec une doctorante de son laboratoire, Alessandra Buonanno, qui enseigne maintenant la physique gravitationnelle à l’Institut Max Planck de Munich, un article décrivant en théorie les conditions d’observation d’ondes gravitationnelles. Quels effets doivent-elles produire ? Personne ne sait. Les laboratoires spécialisés travaillent à l’aveuglette, ou à tâtons. Damour, quant à lui, montre les effets que l’on peut attendre d’un couple de trous noirs cosmiques, sous la réserve de l’interpréter comme un ‘quasi trou noir’ singulier dont il donne en détails la théorie.

Thibault Damour. Photo MyName (Melirius (talk)/Wikimedia (cc)
Thibault Damour. Photo MyName (Melirius (talk)/Wikimedia (cc)

C’est le phénomène prédit par Damour qui a été effectivement observé aux Etats-Unis. Il doit être scruté avec un appareillage nommé interféromètre à lasers. L’équipement comprend deux bras souterrains perpendiculaires, vidés de tout gaz. Ils ont chacun quatre kilomètres de long dans l’expérience américaine LIGO. Une expérience franco-italienne équivalente nommée VIRGO, construite à Cascina, non loin de Pise, est en cours de reconstruction. L’équipe de Thibault Damour y participe, aux côtés de 250 physiciens, ingénieurs et techniciens de cinq pays européens. Les deux institutions LIGO américaine et VIRGO européenne fonctionnent en synergie sur le même programme depuis 2007.

Les conditions pratiques sont fixées de longue date par Thibault Damour : il faut chercher à observer non les effets d’un pulsar binaire mais celui de deux trous noirs en coalescence (près de s’effondrer l’un sur l’autre) pour avoir quelque chance de mettre en évidence des ondes gravitationnelles. Les trous noirs, sur lesquels Damour a commencé à publier dès 1978 dans la Physical Review, sont en effet beaucoup plus massifs que les pulsars, et la coordination de l’effondrement de deux trous noirs coordonnés (soixante fois la masse solaire) participe à l’émission de différents types d’ondes, dont des ondes gravitationnelles observables. Damour a publié nombre d’articles sur le thème depuis quinze ans, notamment en 2004. Le principe en est le suivant : si des masses importantes bougent l’une par rapport à l’autre, leur déplacement réciproque provoque une déformation de l’espace qui, elle, va se propager sous forme d’ondes gravitationnelles. Sans le travail théorique démontrant cela, et précisant les effets qu’on peut en attendre, les observations annoncées jeudi aux États-Unis étaient inenvisageables.

Une première campagne d’expériences menées par VIRGO avait échoué. Les interféromètres européens qui lui sont dédiés sont en cours de réhabilitation et ne seront prêts qu’au cours de l’année 2016. Il était donc important pour les laboratoires de l’expérience américaine LIGO, elle aussi en cours de réaménagement technique, de ‘doubler’ les Européens pour obtenir des crédits de recherche et de rénovation, évalués à quelque 200 millions de dollars. David Reitz, le directeur du programme LIGO, a insisté au cours de sa conférence de presse sur les coûts faramineux de ce type de recherche.

Mais il faut retenir le plus important : une nouvelle fenêtre est ouverte sur le cosmos, à la quête d’ondes gravitationnelles qui en proposeront des modèles différents de ceux pratiqués jusqu’à maintenant, basés essentiellement sur les ondes lumineuses ou millimétriques. Les échos parvenus dans les appareillages américains semblent venir des Nuages de Magellan, deux galaxies naines irrégulières et voisines de notre Voie Lactée. Ainsi hébergeraient-elles deux trous noirs coalescents.

Il sera important pour les sciences physiques d’aller maintenant explorer le centre de notre galaxie, qui héberge lui aussi au moins un trou noir, qui est notre avenir gravitationnel. Le projet européen eLISA prévoit le lancement à venir de trois satellites d’observation coordonnés, qui composeront dans l’espace un gigantesque interféromètre. Nombre de matériels qui lui seront dédiés sont en cours de test, dans une expérience lancée en décembre dernier, et dont le satellite a été stabilisé en janvier 2016. La précision d’eLISA sera incomparable, relativement aux actuelles observations terrestres. Et les manuels de cosmophysique seront tous à reprendre…

J.F. Gautier

Crédit photo : DR
[cc] Breizh-info.com, 2016 dépêches libres de copie et diffusion sous réserve de mention de la source d’origine. 

3 Commentaires

  1. Hmm…Et quand est-ce que vous allez enfin parler de la polémique qui oppose Goulc’han Kervella, l’auteur de livres, et Rémy Guillou, l’inspecteur d’académie en charge du breton, à propos du refus par ce dernier de publier un manuel de littérature sous prétexte qu’y figure le nom de Roparz Hemon ? Alors qu’il n’y a pas de littérature bretonne sans ce dernier ? Ca agite les réseaux sociaux en breton (Facebook e brezhoneg, 15.000 membres), il y a eu un article sur ABP, sur Radio France. Il ne faut pas laisser l’Etat continuer d’étouffer la vie intellectuelle bretonne.

    Quand il s’agit de parler de la France, du français ou de Paris, vous êtes au taquet mais quand c’est des problématiques spécifiquement bretonnes, il n’y a plus personne. Breizh info ? Paris info, oui !

  2. Voilà une extraordinaire découverte qui selon vous ne concernerait pas la Bretagne. Celle-ci serait-elle située en dehors de l’univers? Merci à Breizh-info pour cet excellent papier.
    Ce qui n’ empêchera pas, je l’espère, ce site de parler aussi de cette polémique bien bretonne !

  3. Il s’agit d’une découverte importante et il convient en effet de rappeler l’apport des scientifiques européens, en particulier Thibault Damour, dans ce domaine.
    On notera tout de même que cela arrive très opportunément l’année du centenaire de cette partie des théories d’Einstein, ce qui permet d’amplifier l’écho médiatique, et au final d’essayer d’alléger les problèmes de financements de ces projets véritables gouffres financiers (mais je préfère voir l’argent partir dans de beaux projets scientifiques plutôt que dans des casinos etc).
    Enfin pour que cette découverte soit vraiment validée, il faut qu’une autre équipe la reproduise, c’est tout le rôle de Virgo la version européenne de Ligo.

Comments are closed.