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Ondes gravitationnelles : quelles retombées technologiques ?

Ondes gravitationnelles : quelles retombées technologiques ?

L'interféromètre géant Virgo est situé a Cascina, près de Pise, en Italie.

L'observation d'ondes gravitationnelles en direct est un événement majeur de l'astrophysique. Outre l'avancée des connaissances, ces recherches fondamentales  participent aussi à faire évoluer la manière de faire de la science et les techniques d'observation elles-mêmes.

100 ans après la prédiction d'Einstein, l’annonce de l'observation d'ondes gravitationnelles ce jeudi 11 février est un événement majeur qui devrait révolutionner l’astrophysique. Mais en ce qui concerne les retombées pour la société, pour l’industrie ?  « La conséquence principale, c’est que l’homme de demain sait que les ondes gravitationnelles existent, a répondu Benoit Mours, le responsable pour la France de la collaboration Virgo. Il y a eu des développements technologiques, mais il est très dur de savoir comment cela peut percoler dans la science en général. Les instruments de plus en plus développés font avancer les technologies, et cela a des retombées sur la société ».

La première retombée pour la société est bien sûr à mettre du côté de la connaissance. La possibilité de détecter des ondes gravitationnelles est un nouveau moyen formidable d’observation des objets astrophysiques, une nouvelle fenêtre sur le ciel. Mais ce type de recherche participe aussi à faire évoluer les technologies et les manières de coopérer.

La science, modèle de coopétition mondiale

« Il y un moment, on se dit combien ça coûte ? »,  a témoigné Alain Fuchs, le président du CNRS, jeudi lors de la conférence de presse qui présentait les résultats. « Il faut arbitrer entre différents projets. Mais la priorité est ce que c’est : on est sûr de les voir ? On ne le sait qu’après coup. Peu importe. Il faut prendre des risques. Il n’y a pas de science sans compétition. Ni sans collaboration. Avec Ligo, nous sommes dans un espace de "coopétition". C’est une superbe illustration de ce que nous sommes capables de faire tous ensemble ».

Avec  plus de 1 000 auteurs - dont 74 français -  la publication scientifique sur l’observation, en accès libre sur Internet, montre un visage de la science où compétition et coopération sont liées pour le meilleur. Les chercheurs des projets Virgo (1 détecteur) et Ligo (2 détecteurs) ont tous signé l’article. Leur collaboration réunissait au final quatre détecteurs interférométriques géants (2 aux Etats-Unis, 1 en Italie, et 1 en Allemagne) fonctionnant comme une expérience unique, même si deux seulement étaient en fonctionnement lors de la découverte elle-même. La mise en commun des observations permet de réduire significativement  les signaux parasites de déterminer plus précisément la position de la source dans le ciel.

Par la suite, un réseau d’instruments de plus en plus grands permettra l’avènement d’une nouvelle astronomie qui scrutera les objets astrophysiques grâce aux ondes gravitationnelles. Ce réseau va s’étendre dans la prochaine décennie avec Kagra au Japon et un 3e Ligo en Inde. Ce modèle de "coopétition" tend aussi à s’étendre aux industriels. Des projets partenariaux de R&D peuvent réunir des industriels concurrents, qui savent qu’ils peuvent travailler ensemble dans un domaine précis pour faire avancer toute la filière pour le meilleur. Les entrepreneurs savent aussi qu’ils leur faut prendre des risques sans toujours avoir l’assurance de réussir.

L’instrumentation : driver de technologies

La théorie de la relativité a permis plusieurs années plus tard de mettre au point le GPS, dont nous profitons tous. La science fondamentale peut, même longtemps après avoir des répercussions importantes. A priori, rien ne permet de dire que la compréhension des ondes gravitationnelles et des trous noirs ne permettra de mettre au point une technologie qui changera nos quotidiens. Les déformations de l’espace-temps détectées par les interféromètres à laser sont 1 milliard de fois plus petites que la taille d’un atome ! Autant dire qu’on aura du mal à les exploiter pour quelque application que ce soit. Les retombées technologiques sont à chercher ailleurs, dans l’effort formidable et continu qui est réalisé pour construire des détecteurs toujours plus performants. Sur le site d'Advanced Virgo est donné l'exemple des miroirs des interféromètres pour la fabrication desquels les scientifiques font reculer les frontières du savoir faire technologique.

Virgo est ainsi né peu après Ligo grâce aux idées visionnaires d’Alain Brillet et d’Adalberto Giazotto. Le détecteur a été conçu grâce à des technologies innovantes, étendant sa sensibilité dans la gamme des basses fréquences. La construction de Virgo a commencé en 1994 puis il est entré en service au début des années 2000. Ces détecteurs sont constitués de deux tunnels de 4 kilomètres de long chacun pour Ligo et de 3 tunnels pour Virgo,  dans lesquels circulent des faisceaux lasers parfaitement synchronisés entre eux à l’entrée. Si rien ne vient les perturber, en sortie, ils restent en phase, mais si une onde gravitationnelle parvient jusqu’à la Terre et la déforme sur son passage, alors un bras peut s’allonger tandis que l’autre rétrécit, et la synchronisation sera perdue. Tout comme Ligo, Virgo a ensuite été l’objet d’optimisations, de sorte à le rendre dix fois plus sensibles. Advanced Virgo doit ainsi entrer en fonctionnement en automne 2016. Lorsque Advanced Ligo et Advanced Virgo seront pleinement opérationnels, ils exploreront une partie de l'espace 1 000 fois plus grande que les instruments initiaux !

Tous ces efforts continus d’optimisation participent à améliorer les technologies de laser et d’optique. Ainsi, le groupe français de chercheurs Virgo Artemis a-t-ils beaucoup travaillé sur la métrologie des longueurs et des faisceaux lasers de haute intensité dans des cavités optiques. Des techniques prometteuses pour le suivi de la position des satellites et pour la production d’énergie dans le réacteur Iter, selon le CNRS. Plus généralement, conception de lasers et de miroirs obligent laboratoires et sous-traitants à l’excellence.

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