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André
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Inscrit le: 07 Jan 2007
Messages: 11029
Localisation: Montreal 45.500°N, 73.580°W
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 Posté le: Lun 26 Mai 2008 11:31 pm Sujet du message: Ondes gravitationnelles |
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SAlut a tous
Une traque qui fait appel aux technologies les plus sophistiquées !
VIRGO, LIGO, GEO600, LISA, sont autant d'acronymes derrière lesquels se profile l'une des plus étonnantes traques entreprises par la communauté scientifique internationale.
Il s'agit en effet de détecter des ondes dites "gravitationnelles". Prédites par la théorie de la relativité, celles-ci n'ont pu être observées directement jusqu'à ce jour.
Aussi, pour essayer d'y parvenir, plusieurs grandes expériences ont-elles été imaginées.
Qu'elles soient déjà opérationnelles ou en cours de développement, toutes ont un point commun :
le haut degré de sophistication des technologies que requiert cette traque. Pour s'en convaincre, il suffit de visiter VIRGO, l'interféromètre franco-italien, le plus important en Europe, situé à Cascina, en Italie, dont la première phase d'exploitation scientifique a débuté en mai dernier.
Le terme Gravitationswellen, qui signifie "ondes gravitationnelles", apparaît en 1918, dans un article d'Albert Einstein qui développe une des conséquences de sa théorie de la relativité générale.
Ces ondes, décrites alors mathématiquement, sont en fait des déformations de l'espace-temps produites par des phénomènes astrophysiques violents qui surviennent dans notre galaxie mais aussi bien au-delà.
Ainsi leurs principales sources sont les explosions de supernovae ou la coalescence de deux corps compacts, comme les trous noirs ou les étoiles à neutrons, qui décrivent une orbite rapprochée avant leur fusion finale.
Jusqu'à aujourd'hui, ces ondes n'ont jamais pu être observées directement.
Seuls l'ont été les effets de leur émission, lors de l'observation d'un système de deux étoiles à neutron, ce qui a valu le prix Nobel de physique en 1993 à Joseph Taylor et Russel Hulse. 
LIGO, Deux installations pour un observatoire unique
Précisons que si des ondes gravitationnelles se manifestent sur Terre, elles devraient se traduire par des distorsions extrêmement faibles.
Aussi les chercheurs qui souhaitent les traquer ont-ils compris que la seule technique potentiellement capable de les détecter est l'interférométrie.
Le principe sur lequel repose le fonctionnement d'un instrument du type interféromètre de Michelson, constitué de deux bras orthogonaux, consiste à séparer en deux, à l'aide d'une lame séparatrice, un faisceau de lumière, et à faire parcourir à chacun de ces demi-faisceaux un aller-retour dans des directions orthogonales, avant de les recombiner.
La recombinaison de ces deux faisceaux lumineux ayant parcouru des chemins a priori différents créé en effet des franges d'interférences.
Or l'observation du déplacement éventuel de ces dernières constitue une façon extrêmement précise de mesurer tout changement relatif de la distance parcourue par les demi-faisceaux et, par conséquent, tout déplacement des miroirs placés à l'extrémité des deux bras d'un interféromètre .
Il existe aujourd'hui dans le monde plusieurs instruments de ce type destinés à traquer les ondes gravitationnelles, dont le plus important est LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory).
Cet observatoire américain se compose de deux installations très éloignées l'une de l'autre. La première, basée à Handford, dans l'état de Washington, abrite deux interféromètres, dont les bras mesurent respectivement deux et quatre kilomètres.
Localisée en Louisiane, à Livingstone, la seconde installation dispose de son côté d'un interféromètre dont la longueur des bras est de quatre kilomètres.
Financé par la National Science Foundation (NSF), LIGO, conçu et construit par une équipe regroupant des chercheurs du California Institute of Technology (CalTech) et du Massachusetts Institute of Technology (MIT), avec la participation de l'université de Floride et en collaboration avec plusieurs industriels, a été achevé courant 1999.
Et ce n'est qu'à l'automne 2005, après plusieurs années d'essais, qu'a véritablement débuté la première phase d'exploitation scientifique des différents interféromètres de LIGO qui doit s'achever courant septembre.
Ses instruments seront alors remis à niveau.
Précisons que l'établissement des programmes de recherche et des priorités scientifiques, ainsi que l'analyse des données collectées par les instruments de LIGO, sont effectués dans le cadre d'une collaboration internationale qui regroupe 560 ingénieurs et chercheurs issus de onze pays.
Installé dans la région de Hanovre, en Allemagne, GEO600 est le fruit d'une collaboration entre Allemands et Britanniques.
Opérationnel depuis décembre 2001, cet instrument composé de deux bras longs de 600 mètres chacun, représente en fait le quatrième détecteur de la collaboration scientifique LIGO.
Financé conjointement par la Max Planck Gesellschaft, le ministère allemand de la Science et de l'Education, la fondation Wolkswagen et la Science and Technology Facilities Research Council au Royaume- Uni, GEO600 est une sorte de laboratoire expérimental au sein duquel ingénieurs et chercheurs optimisent les technologies de la prochaine génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles qui permettra notamment d'augmenter la sensibilité de cet instrument qui deviendra GEO-HF (High Frequency) à l'horizon 2009.
De leur côté, les Japonais disposent également d'un instrument de ce type baptisé TAMA. Situé près de Tokyo, cet interféromètre, opérationnel depuis le début des années 2000, est néanmoins plus petit, ses bras ne mesurant que 300 mètres de long.
Les plus grandes enceintes à vide d'Europe pour VIRGO
Principal "concurrent" de LIGO, l'interféromètre VIRGO, fruit d'une collaboration franco-italienne, soutenue par le CNRS et l'Institut national de physique nucléaire italien, vient de débuter sa première phase d'exploitation scientifique le 18 mai dernier.
Imaginez que si des ondes gravitationnelles sont détectées par cet interféromètre laser de Michelson, elles se traduiront par d'infimes distorsions, de l'ordre d'un milliardième du diamètre d'un atome - soit 10-19 m - de ces deux bras orthogonaux, longs de trois kilomètres !
Aussi pour espérer pouvoir détecter des changements aussi ténus et, qui plus est, très rares, les concepteurs de cet instrument ont-ils dû utiliser les technologies les plus pointues, que ce soit dans le domaine de la métallurgie, de l'optique et des systèmes de contrôle ou encore de l'informatique et de l'analyse des données.
Ainsi l'extrême sensibilité requise pour détecter ces ondes a nécessité de concevoir un interféromètre proche de la perfection optique.
D'où la construction, dans le cadre de ce projet, d'une unité de traitement optique, basée à Lyon, capable de produire des miroirs de haute qualité combinant la réflectivité la plus élevée (plus de 99,999%) à une qualité de surface extrême.
Quant aux lasers et aux oscillateurs qui équipent cet interféromètre, ils sont parmi les plus stables jamais construits.
De plus, afin d'éviter les mouvements parasites des éléments optiques dus au bruit sismique, chacun d'eux est isolé à l'aide d'un pendule composite de dix mètres de hauteur.
Autre exemple de contrainte, parmi tant d'autres, à laquelle ont été confrontés les concepteurs de VIRGO :
l'obligation que le faisceau lumineux se propage dans l'ultravide.
Ce dernier non seulement élimine les perturbations que l'air introduirait sur la propagation du faisceau laser, mais isole les miroirs des perturbations acoustiques et les maintient dans un environnement propre, ce qui est indispensable à la préservation de leur qualité.
Aussi les équipes de VIRGO ont-elles dû concevoir et construire les plus grandes enceintes à vide en Europe qui se présentent sous la forme de deux tubes en inox long de trois kilomètres et d'un diamètre de 1,2 m.
Celles-ci sont constituées de plusieurs compartiments dont certains se transforment en salle blanche et peuvent être chauffés afin d'améliorer la qualité du vide.
Résultat :
l'environnement de cet interféromètre est plus calme que celui d'un vaisseau spatial en orbite autour de la Terre, preuve éclatante de la qualité du travail fourni par les équipes de recherche dans le cadre de VIRGO.
Selon les spécialistes des ondes gravitationnelles, il faut s'attendre, même dans le scénario le plus optimiste, à ne détecter que quelques évènements de coalescence binaire d'étoiles compactes par an, des résultats qui ne permettront donc pas de voir émerger une nouvelle ère, celle de l'astronomie gravitationnelle.
Aussi des mises à niveau du détecteur VIRGO sont-elles déjà prévues. Baptisées "Virgo+" et "Advanced Virgo", celles-ci devraient permettre une amélioration de l'instrument d'un facteur 100.
Ainsi, dans le cadre de Virgo+, la puissance du laser devrait augmenter de 20 à 50 watts. Autre nouveauté :
l'installation de nouveaux miroirs suspendus par des fibres en silice et un système de compensation thermique, parallèlement à l'optimisation de l'électronique de VIRGO.
En revanche, dans le cadre d'Advanced Virgo, ce sont des mises à niveau majeures qui seront faites, l'objectif visé étant d'atteindre une sensibilité dix fois supérieure à la sensibilité nominale de l'instrument, ce qui devrait conduire à une augmentation du taux d'évènements de près de 1.000 fois.
D'où la nécessité notamment de porter la puissance du laser à 200 watts, mais également de modifier la géométrie optique et la topologie de l'interféromètre.
Aujourd'hui à l'étude, cette nouvelle configuration pourrait démarrer à l'horizon 2011.
Encore plus fou avec lisa
Parallèlement, les chercheurs réfléchissent déjà à la conception d'un détecteur de troisième génération.
Ce travail est mené notamment dans le cadre du programme européen ILIAS, auquel participent des chercheurs des projets GEO600 ET VIRGO. Concevoir un tel détecteur implique évidemment d'accomplir des progrès colossaux dans de nombreux domaines.
D'où une étude du 7e programme cadre de recherche et développement (PCRD) de l'Union européenne dont l'objectif est d'identifier les technologies et les caractéristiques nominales qui pourraient déboucher sur une sensibilité de plus de 100 fois supérieure à celle des instruments de première génération comme VIRGO et LIGO, et couvrir la totalité de la plage de fréquences observable du sol, de 1 hertz à 10 kilohertz environ.
Le volume observable de l'Univers, et par conséquent le taux d'événement, serait alors multiplié par un facteur de plus de un million !
Au-delà, la détection des ondes gravitationnelles nécessitera d'aller dans l'espace.
Du fait du bruit sismique et de la petite taille du détecteur, l'observation du rayonnement gravitationnel sur Terre est en effet imitée à une fenêtre de fréquence de 10 hertz à 10 kilohertz.
D'où l'idée un peu folle d'installer un immense interféromètre dans l'espace. Imaginée dans le cadre d'une coopération entre la NASA et l'ESA, la mission LISA (Laser Interferometry Space Antenna), qui pourrait être réalisée à l'horizon 201-2020, consiste en une constellation de trois satellites volant en formation et formant un triangle équilatéral de 5 millions de km de côté !
Reliés par des faisceaux laser dans l'infrarouge, ces satellites dessineront ainsi un instrument capable de mesurer les distorsions spatiales causées par les ondes gravitationnelles provenant d'étoiles binaires ou de trous noirs massifs.
Mais pour réussir une telle prouesse, il va falloir, là encore, relever un certain nombre de paris technologiques que ce soit dans le domaine des lasers ultrastables et des accéléromètres, mais aussi des micropropulseurs et de la compensation de traînée.
Aussi a-t-il été décidé de réaliser une mission intermédiaire baptisée LISA Pathfinder.
Composée d'un unique satellite, qui devrait être lancé au début de la prochaine décennie, cette mission permettra ainsi de tester et de valider les technologies de pointe que nécessite LISA.
la source;
http://www.bulletins-electroniques.com/ti/137_08.htm
amicalement
_________________
Etrange époque où il est plus facile de désintégrer l' atome que de vaincre un préjugé.
Einstein, Albert, |
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Elie l'Artiste
Animateur-moderateur
Inscrit le: 12 Jan 2007
Messages: 2914
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| Posté le: Mar 27 Mai 2008 10:55 am Sujet du message: |
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Si jamais on détecte des ondes gravitationnelles, on devra cesser d'enseigner que la gravitation "ne se propage pas",
Amicalement
André Lefebvre
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Selon Einstein, il n'existe que deux choses dans l'univers: 1) l'énergie cinétique et 2) l'énergie de masse. Selon moi, une seule chose le mouvement qui les produit. |
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