Bibliothèque des projets du CNES

23 Mai 2019

Lisa

Dans le prolongement d'une démonstration technologique en orbite, LISA Pathfinder, puis la détection d’ondes gravitationnelles grâce à des observatoires terrestres, la mission européenne LISA (Laser Interferometer Space Antenna) va - dans le milieu des années 2030 - détecter et observer dans la durée depuis l’espace ces déformations de l’espace-temps. LISA ouvrira une nouvelle fenêtre pour observer et comprendre notre univers.

Elles sont les échos à distance d’événements célestes les plus violents. Prévues par Albert Einstein dans sa théorie de la relativité générale en 1916, les ondes gravitationnelles ont été observées pour la première fois, sur Terre, en 2015. Mais si elles traversent l’univers à la vitesse de la lumière, elles sont très difficiles à observer car les déformations engendrées sont infinitésimales, et les meilleures installations terrestres sont limitées notamment par le bruit ambiant. En 2017, 20 ans après les premiers concepts, l’ESA sélectionne LISA (Laser Interferometer Space Antenna) comme 3ème projet majeur de son programme Cosmic Vision et prévoit la mission pour 2034.

LISA sera constituée de 3 satellites en orbite sur le parcours de la Terre autour du Soleil, à environ 50 millions de kilomètres derrière notre planète. Ils seront disposés selon un triangle équilatéral de 2,5 millions de kilomètres de côté, et formeront un gigantesque interféromètre optique orienté à 60° du plan de l’orbite terrestre.

Les unités seront reliées 2 à 2 par des signaux lasers identiques et synchronisés, pour mesurer les déplacements entre des masses d’épreuve en chute libre à l’intérieur de chaque instrument. Ces masses d’épreuve sont placées dans un environnement isolé des perturbations extérieures (vent solaire, forces parasites, etc.), et sont les témoins 2 à 2 des infimes perturbations de l’espace-temps. La sensibilité attendue est de 10 picomètres par million de kilomètres, sur un domaine de basses fréquences impossibles à mesurer avec les laboratoires LIGO et VIRGO actifs au sol.

Pour réussir ce pari technologique et au sein du consortium LISA, le CNES fédère une communauté de laboratoires français pour porter ensemble des responsabilités majeures dans la mission. LISA-France devrait prendre en charge l’intégration et les tests des instruments, ainsi que la conception et le développement du segment sol scientifique. Ce travail s’appuiera sur une forte contribution au travail de simulation et de modélisation des performances de la mission, sans oublier la préparation de l’exploitation scientifique.

Entre 2015 et 2017 l’ESA a lancé et opéré une première mission de validation technologique LISA-Pathfinder. Les résultats ont été excellents et ont validé des briques essentielles à la future mission LISA. Notamment le maintien d’une masse d’épreuve en chute libre (purement gravitationnelle) avec une très grande pureté, et des mesures interférométriques internes à l’instrument de très grande précision.