Accessibilité

FAQ

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.

🛑Derniers jours pour s’inscrire au hackathon des fréquences 🛑Vous êtes développeur/euse #blockchain, web, python ? Expert/e sur les #ondes, l’#IA, le traitement des données? Rejoignez-nous ce WE au Campus de l’@ISEP à Issy-les-Moulineaux 📌Inscriptions : https://t.co/6zNZcj65Yr https://t.co/T34gYeo8b6

Le spectre des #fréquences à #VivaTech. Savez-vous que le spectre radioélectrique représente l’ensemble de la ressource allant des fréquences plus basse ( 9kHz) aux fréquences les plus hautes (300GHz)? https://t.co/NkyAHTXF60

#VivaTech Venez tester la démo de #RealiteVirtuelle qui permet une expérience immersive dans un quartier de Paris pour visualiser les #ondes et leurs niveaux d’exposition ! Nous vous attendons au stand M21. Projet réalisé en partenariat avec @TelecomPTech #innovation https://t.co/brsHHaPhlB

Retrouvez nos experts des fréquences au stand M21. #VivaTech #5G #drone #fréquences https://t.co/TSD68fPWcv

L’@anfr utilise deux types de drone, un drone vidéo et un drone de mesures. Regardez la vidéo de notre expert. #drone #mesures #fréquences #VivaTech. @cartieralain https://t.co/JQ4ACM2xJX

Notre équipe @anfr en action, pour résoudre un brouillage au salon de #VivaTech . https://t.co/QqsgN4dckG

#VitaTech jour 2! Nous vous attendons au stand de l’@anfr, (stand M21 ) pour parler de #drone et #frequences . https://t.co/7BzFq5E2k6

Notre DG @GillesBregant était présent ce matin sur le stand de l’Anfr (stand M21) pour parler des #fréquences, #5G, exposition du public aux #ondes #blockchain des fréquences #virtualReality #drone https://t.co/lHe6C9FAtw

Nos équipes sont également présentes cette année à #Vivatech pour assurer le bon fonctionnement de près de 400 fréquences PMSE /PMR utilisées pendant le salon et éviter les brouillages #connectivite #gardiensduspectre https://t.co/892rQcXFkV

#VivaTech Sur le stand @anfr M21, venez tester la démo de #RealiteVirtuelle qui permet une expérience immersive dans un quartier de Paris pour visualiser les #ondes et leurs niveaux d’exposition ! Projet réalisé en partenariat avec @TelecomPTech #innovation https://t.co/azHA6W7wKH

#Vivatech Retrouvez-nous aujourd'hui et demain sur le stand de l'@ANFR pour découvrir la démo de la Blockchain des Fréquences, premier projet #blockchain à grande échelle d'une agence de l’Etat https://t.co/1Xz9fULNLj

Le président Emmanuel Macron au salon international de #ViVaTech #Innovations #technologies #start-ups https://t.co/MW0LVGME4O

Nous avons un problème

Une erreur est survenue, merci de contacter un administrateur

Recevez l'actualité de l'anfr

> Modifier votre profil