retour en haut

Les ondes gravitationnelles

A toute interaction, sa particule

La physique tente depuis de nombreuses années une réunification des différentes théories qui permettent d’expliquer le monde qui nous entoure. La découverte expérimentale du graviton et de l’onde gravitationnelle est un pas de plus dans cette direction.

Il existe quatre interactions fondamentales en physiques : elles sont dites fortes, faibles, électromagnétique et gravitationnelle.  La première rend compte de la cohésion des noyaux atomiques : l’interaction forte est ainsi d’une intensité extrême, mais sa portée est en revanche très faible. La deuxième est l’interaction faible, qui permet notamment d’expliquer la radioactivité : sa portée et son intensité sont très réduites.  La troisième et la quatrième sont de très loin les plus connues, puisqu’elles sont perceptibles dans la vie de tous les jours, qu’il s’agisse de lumière, de radiocommunications, de pesanteur ou du mouvement des planètes. L’intensité de l’interaction électromagnétique est assez élevée et sa portée est infinie ; l’interaction gravitationnelle est, de loin, la plus faible de toutes (près de 10-35 moins forte que l’interaction électromagnétique), bien qu’elle soit elle aussi de portée infinie.  

A chacune de ces interactions fondamentales est associée une particule qui décrit l’énergie transportée par l’interaction qu’elle représente. Ces interactions associées aux différentes particules matérielles (protons, neutrons et électrons) structurent la matière à l’échelle macroscopique. Ces interactions sont d’autant plus importantes qu’à l’échelle atomique, la matière est constituée essentiellement de vide : si le doigt que l’on pose sur une table ne la traverse pas, c’est ainsi en partie dû aussi à l’effet de ces interactions fondamentales.

 

La relativité et la notion de courbure d’espace-temps

C’est la théorie de la relativité générale qui a mis en évidence la possibilité théorique qu’une particule transporte l’énergie associée à la force gravitationnelle.

La relativité restreinte, théorie publiée par Einstein en 1905, montrait que la longueur et la durée dépendent du référentiel de l’observateur. Le temps se trouve dilaté et la longueur contractée dans un système en mouvement par rapport à celui de l’observateur. 

La théorie de la relativité générale va plus loin en postulant que la masse « courbe » l’espace-temps. L’une des images communément employées pour illustrer cette notion est celle d’une toile élastique, quadrillée et tendue. Si une masse y est posée, la déformation de la toile sera d’autant plus marquée que la masse sera lourde ; et plus la courbure de la toile sera forte, plus le temps et les longueurs seront affectés. Un exemple figure dans un récent film d’anticipation américain, où l’un des deux vaisseaux gravitant à proximité d’un trou noir s’en rapproche. Lorsqu’il s’en écarte, ses occupants sont beaucoup plus jeunes que ceux de l’autre vaisseau, resté à distance. 

La théorie de la relativité, restreinte et générale, a été vérifiée expérimentalement en 1971 (publié en 1972 dans Science) par Hafele et Keating à l’aide de trois horloges atomiques synchronisées et de deux avions commerciaux.  Deux horloges atomiques furent embarquées dans deux avions voyageant autour du monde l’un vers l’Est, l’autre vers l’Ouest, la troisième horloge restant au sol. Selon la théorie de la relativité restreinte, le temps devait être légèrement dilaté pour l’avion se dirigeant vers l’Est (la Terre tournant d’Est en Ouest) et au contraire contracté pour l’avion se dirigeant vers l’Ouest. De plus, les avions volant à une certaine altitude subissent un champ de gravité plus faible que l’horloge restée au sol : leur temps doit donc être accéléré par rapport à celui de l’horloge terrestre avec des décalages de l’ordre de la centaine de nanosecondes. La théorie a été vérifiée avec une précision assez bonne, permettant de conclure à la pertinence des deux théories de la relativité. 

Ces effets de la relativité sont aujourd’hui régulièrement pris en compte dans les systèmes de radionavigation par satellite (GPS ou Galileo, par exemple) en corrigeant le temps des horloges atomiques à bord des satellites.

 

Les ondes gravitationnelles

Les ondes gravitationnelles, associées à une particule appelée graviton, propagent des transitions énergétiques de l’espace-temps. Ces nouvelles ondes dilatent ou contractent l’espace-temps. Si l’on détecte les ondes électromagnétiques grâce à des antennes qui amplifient des mouvements d’électrons, les ondes gravitationnelles, quant à elles, ne peuvent être perçues que grâce à des dispositifs qui font apparaître des variations de longueur. Mais elles sont difficilement mesurables car leur intensité est très faible. On estime en effet que l’ordre de grandeur de déformation de la longueur d’un objet lorsqu’il est traversé par ces ondes est de l’ordre de 0,0000000000001 mm, soit 10-16 m ! Il a donc fallu, pour détecter ces nouvelles ondes, d’une part mettre au point des récepteurs extrêmement sensibles, fondés sur des lasers mesurant des distances ultra-précises dans des tunnels de plusieurs kilomètres, et d’autre part se concentrer sur des émetteurs ultra-puissants, découlant de phénomènes extrêmes affectant l’espace-temps, comme la fusion de deux étoiles.

L’existence des ondes gravitationnelles est désormais prouvée et elles peuvent être détectées, ouvrant ainsi une nouvelle ère pour l’observation astronomique. Ce succès a été récompensé en France par l’attribution de la Médaille d’Or 2017 du CNRS aux physiciens Alain Brillet et Thibault Damour, et par le prix Nobel 2017, attribué aux physiciens Raider Weiss, Barry C. Barish et Kip S. Thorne.

Quel est l’impact de la #5G sur notre exposition aux ondes ? Comment ce nouveau réseau est-il contrôlé ? L’@anfr lance, en partenariat avec @Conso_INC, un #podcast animé par ses experts pour répondre aux questions que suscite le déploiement de la 5G.

🔗 https://t.co/soG7mIEoKL https://t.co/X462jX5eRP

🚁 Décollage immédiat pour le "dérisquage" à Cazaux ! Sollicité par l’@anfr, Free Mobile en partenariat avec la @Gendarmerie apporte son aide pour une série de tests de sécurité visant à démontrer que la 5G n’a pas d’impact sur l’altimétrie des aéronefs 👉https://t.co/GhGuYadpvG https://t.co/CGOWhv9spW

Le #COP ANFR présente 3 défis stratégiques:
✅ être force de proposition dans les conflits d’usages ↗️ des fréquences
✅ mieux prévenir les risques de brouillage en augmentation
✅ consolider le rôle d’expertise de l’@anfr pour informer les citoyens
https://t.co/IqmuUhjTg6 https://t.co/F5xGAQhCh2

.@cedric_o et @GillesBregant signent le Contrat d’objectifs et de performance (COP) de l’@anfr pour la période 2021-2024, en présence de Jean-Pierre Le Pesteur, président du conseil d’administration.
Le communiqué : https://t.co/IqmuUhjTg6 https://t.co/H3IXtC2s63

Aujourd'hui le préfet de l'#isere recevait le Secrétaire d'état Cedric O, sur le thème de la 5G au @cea_grenoble puis à @adeunisrf à Crolles avant de faire un contrôle des fréquences 5G dans Grenoble avec l'@anfr https://t.co/DwN8IBoGZh

ANFR a Retweeté

À Grenoble comme partout en 🇫🇷 la #5G se déploie avec succès.
Ce midi, Place Pasteur, avec l’@anfr nous réalisons un contrôle des fréquences 5G, comme le @gouvernementFR s’y est engagé. Sans danger pour la santé, moins énergivore, elle accompagnera les Grenoblois au quotidien. https://t.co/eA0qL1kmNm

En #5G, l’exposition aux ondes dépend des terminaux qui sollicitent l’antenne-relais : en téléchargeant 1 fichier de 1 Go, l’exposition max atteint 2,09 V/m puis redescend à 1,05 V/m => des niveaux qui sont très en deçà des valeurs limites https://t.co/Ir946Ue52p

Mesure en temps réel de l’exposition aux ondes à @VilleGrenoble à proximité d’une antenne #5G. Constat : 1,05 V/m (limite réglementaire fixée à 61 V/m pour la #5G) https://t.co/sobZqZasec

Grâce à un scanner, l’@anfr détecte les sites de téléphonie mobile actifs sur la zone de démo et les opérateurs associés. https://t.co/9AU2AwPMby

L’@anfr accueille @cedric_o et le @Prefet38 à Grenoble pour une démonstration d’un contrôle des niveaux d’exposition aux ondes à proximité d’une antenne #5G en service https://t.co/Yed6vw6N0O

#Quizz 📝 ❓ Nous sommes arrivées à la dernière question de ce quizz de l’été : que fait-on avec cet appareil utilisé lors des grands événements ? https://t.co/lxLZVyjx8g

Ce banc de test permet de mesurer les #DAS tête, tronc et membres des smartphones en quasi temps réel. En 2021, l’ANFR accroît ses contrôles et réalisera 140 vérifications de téléphones, + spécifiquement les nouveaux téléphones #5G du marché. @SARtesting
https://t.co/R4JPK7Ifyv

ANFR a Retweeté

🚄 Direction Grenoble, terre d’innovation, pour parler #5G, @FTAlps, #GreenTech et rencontrer les start-ups industrielles qui imaginent l’industrie de demain avec @AgnesRunacher #FrenchTech #FranceRelance https://t.co/pIGvmmtmaE

[#ObservatoireANFR] 📱📊
Le bilan des sites #4G mis en service en métropole au 1er septembre :
@orange (26 699 sites, + 235 en août)
@SFR (22 408 sites, + 108)
@bouyguestelecom (22 061 sites, + 72)
@free (20 534 sites, + 139)

🆕 https://t.co/vfjnQekvCf https://t.co/r2IpWFGcjN

[#ObservatoireANFR] 📱📊
Au 1er septembre 2021, 57 515 sites #4G sont autorisés par l'@anfr en France : découvrez l’étude complète sur l’évolution déploiement des réseaux #mobiles en métropole et Outre-Mer.

🆕 https://t.co/7b7HTnr6Fx https://t.co/8SvUfqioxf

[#ObservatoireANFR] 📱📊
Sur 28826 sites 5G autorisés, 60,9 % d’entre eux sont déclarés techniquement opérationnels selon les opérateurs, soit 17559 sites allumés. Plus d’infos sur l’évolution de ces chiffres depuis janvier 2021.
🆕 https://t.co/QU8scFqzWm https://t.co/4xLKOKvJY9

[#ObservatoireANFR] 📱📊
Au 1er septembre, 28826 sites #5G ont été autorisés en France par l’@anfr tous opérateurs confondus, soit une ⬆️ de 2,8 % p/r au mois dernier.
Découvrez les analyses d’évolution des sites 5G par opérateur et bandes de fréquences
🆕 https://t.co/xrzREg8SeE https://t.co/P25zLXHzPn

4️⃣ Elle répond aux questionnements des citoyens en tant qu’expert neutre, et favorise la transparence sur le déploiement de la #5G en France.
Plus d’infos sur https://t.co/YBUND1uvZR https://t.co/EcFMtWpFXY

Recevez l'actualité de l'anfr

> Modifier votre profil