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Attention article publié avant décembre 2005

À l'affût des ondes gravitationnelles

Le détecteur franco-italien VIRGO bientôt opérationnel

Montage du banc de détection de VIRGO qui sera utilisé dans l'interféromètre de 3 km de long.

Mettre en évidence directement des ondes gravitationnelles, créées par des événements cosmiques violents : tel est l'objectif du grand interféromètre VIRGO. Cette installation de très haute technologie entre dans sa dernière phase avant la prise de données.

L'une des prédictions de la théorie de la relativité générale d'Einstein est l'existence d'ondes gravitationnelles, qui sont des perturbations affectant la géométrie de l'espace-temps et qui se propagent à la vitesse de la lumière. De telles ondes n'ont encore jamais été détectées directement : comme on leur prédit généralement une amplitude très faible, le défi scientifique et technologique est de taille. Un défi ambitieux que devrait bientôt relever l'interféromètre franco-italien VIRGO, dont la construction s'achève à Cascina près de Pise.
Cet instrument sera le fer de lance de la quête des ondes gravitationnelles engendrées par des cataclysmes astrophysiques comme l'explosion d'une supernova ou l'effondrement gravitationnel d'un couple d'étoiles. Son principe, comme celui de son homologue américain LIGO (en cours de mise au point) fait appel à un faisceau laser dédoublé en deux rayons ; ceux-ci parcourent des trajets distincts, le long de deux bras perpendiculaires mesurant trois kilomètres pour VIRGO. Des miroirs situés à leurs extrémités renvoient les deux ondes laser se rejoindre ; leur interférence se traduit, à la sortie de l'interféromètre, par plus ou moins de lumière en fonction de la différence de longueur entre les deux trajets optiques. Or l'arrivée d'une onde gravitationnelle modifie les longueurs de ces trajets et fait ainsi varier la figure d'interférence, de façon mesurable si l'amplitude de l'onde est suffisante.
Mais cela suppose une très grande sensibilité de l'instrument, qui doit être capable de détecter par exemple une variation relative de longueur de l'ordre de 10-21 (l'équivalent de la taille d'un atome comparée à la distance Terre-Soleil !) en une milliseconde, et une isolation parfaite de toutes les sources de bruits... D'où des prouesses technologiques, qui portent en particulier sur les miroirs ultra- réfléchissants (réalisés à l'IPN de Lyon, ce sont les plus performants au monde), sur le système d'isolation sismique (INFN-Pise), sur la stabilité du rayonnement laser (OCA-Nice), sur la qualité de l'ultravide requis à l'intérieur des deux bras de l'interféromètre (LAL-Orsay, LAPP-Annecy et INFN-Pise).
Une première campagne de tests de tout le système mis en œuvre par VIRGO a été menée, à échelle réduite (trajets optiques de 6 mètres), et s'est achevée en juillet 2002. En mars 2003 débutera la dernière campagne, en longueur réelle cette fois. Elle devrait durer près d'une année, à la suite de quoi les oreilles gravitationnelles de VIRGO seront à l'écoute des soubresauts du cosmos. L'enjeu est non seulement la confirmation d'une prédiction de la relativité générale, mais aussi la naissance d'un nouveau type d'observations astronomiques.


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Élisabeth Giacobino
Laboratoire Kastler-Brossel
CNRS-ENS-Université
Pierre-et-Marie-Curie
Tél. : 01 44 27 43 95

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