LISA, le projet fou d’un mégadétecteur spatial d’ondes gravitationnelles

Si l’on accole l’expression « projet fou » à des installations scientifiques impressionnantes comme le Grand Collisionneur de hadrons – l’accélérateur de particules souterrain de 27 kilomètres de long où a été découvert le boson de Higgs – ou le Super-Kamiokande – un détecteur de neutrinos lui aussi enfoui et contenant 50 000 tonnes d’eau pure –, comment qualifier LISA ?
Piloté par l’Agence spatiale européenne (ESA), avec une participation américaine, ce premier détecteur spatial d’ondes gravitationnelles, censé partir dans l’espace vers 2035, flirte avec la folie : trois vaisseaux identiques volant de conserve et formant un triangle équilatéral de 2,5 millions de kilomètres de côté. Avec pour tâche de mesurer des déformations de l’espace-temps de quelques dizaines de picomètres. Rappelons qu’un picomètre est un milliardième de millimètre…
Pour saisir l’exploit technique que LISA représente, décrivons son principe de fonctionnement. Chaque vaisseau est une sorte de coffre-fort contenant deux « lingots » faits d’un alliage d’or et de platine et flottant en impesanteur. Et chacune de ces deux « masses d’épreuve », pour reprendre le terme scientifique, est reliée au lingot d’un des deux autres satellites par des lasers synchronisés, permettant de mesurer la distance qui les sépare avec la précision diabolique requise.
« Une partie du défi consiste à s’assurer que les changements mesurés sont dus aux ondes gravitationnelles et non au “bruit ambiant” comme les variations des champs magnétiques, le rayonnement solaire et les particules électriquement chargées émises par le Soleil, les vibrations du vaisseau spatial, les changements de température et un très grand nombre d’autres effets similaires », explique l’Allemand Oliver Jennrich, spécialiste des ondes gravitationnelles à l’ESA et qui travaille sur le projet. Le choix de l’or et du platine rend les masses d’épreuve très denses et minimise leur sensibilité aux champs magnétiques. La faisabilité de l’expérience a par ailleurs été testée – avec succès – par la mission LISA Pathfinder entre décembre 2015 et juillet 2017.
Pourquoi envoyer un détecteur complexe dans l’espace alors qu’il en existe déjà sur notre planète ? Parce que LISA, avec la taille gigantesque de ses « bras », captera des ondes gravitationnelles à des fréquences bien plus basses que ses homologues terrestres LIGO et Virgo dont les bras ne dépassent pas les 4 kilomètres. « Cette gamme de fréquences leur est inaccessible en raison des nombreuses forces perturbatrices au sol, qu’il s’agisse de bruits artificiels tels que la circulation, de bruits naturels tels que les vagues de l’océan frappant la côte, de grands phénomènes météorologiques ou de déplacements de grandes coulées de magma dans le sous-sol », précise Oliver Jennrich.
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