« Au cœur des mystères de la physique moderne »

Si mon cœur est lourd quand je vois la gravité des phénomènes climatiques qui se multiplient dans le monde, mon corps, lui, est lourd à cause de la bonne vieille gravité terrestre. Le lien ne semble pas évident et pourtant il existe : le champ de gravité de la Terre révèle aux scientifiques des données essentielles sur la Terre et son climat, et le futur de ces mesures pourrait bien résider dans la physique quantique.

Cartes de gravité

Alors que vous lisez ces lignes, vous sentez le contact d’une chaise sous vos fesses, du sol sous vos pieds. Nous sommes constamment accéléré·e·s vers le centre de la Terre, et c’est la chaise qui résiste à ce mouvement. Merci la chaise. Décalez cette chaise de quelques mètres, fermez les yeux, respirez profondément. L’accélération a probablement changé. Pour être honnête, cette variation est imperceptible, mais c’est un fait : la gravité terrestre n’est pas exactement la même partout. En fonction de ce qui se passe entre vous et le centre de la Terre, l’intensité du champ de gravité peut varier : une cavité, une nappe phréatique, une cave plus ou moins remplie de bonnes bouteilles. Si l’on mesure ces variations depuis l’Espace, on peut reconstruire des cartes de gravité qui nous renseignent sur le géoïde terrestre : l’étrange forme que prend la Terre quand on s’intéresse à son champ de gravité. Les variations du champ de gravité terrestre sont mesurées par des satellites, notamment la mission Grace-Fo actuellement en vol. Ces données renseignent les scientifiques sur les mouvements des masses d’eau à la surface du globe et sont des sources riches pour les climatologues, les glaciologues, hydrologues, et beaucoup d’autres « -logues » dont le travail et les alertes sont trop souvent ignorés.

Un avenir quantique

Pour réaliser ces cartes, on place une masse-test en chute libre au centre d’un satellite et on en étudie très précisément l’accélération. On peut alors discriminer les différentes forces exercées sur le satellite — les frottements, la pression de la radiation du soleil, etc. — de l’accélération liée à la gravité. À l’avenir, l’amélioration de ce principe de mesure pourrait reposer sur des capteurs quantiques. On les appelle « accéléromètres atomiques » : un petit nuage d’atomes sert de masse-test. Pour ce faire, les atomes à l’état gazeux sont piégés dans un champ laser et leur accélération est mesurée grâce à leur interaction avec la lumière. C’est la raison d’être du projet Carioqa, financé par la Commission européenne, sur laquelle je travaille à l’agence spatiale française, le Cnes. Une mission spatiale pour mettre en orbite le premier démonstrateur de ces missions de gravimétrie quantique. Ces recherches reposent sur des années de travail dans les laboratoires de physique fondamentale. Ils nous laissent aussi songer à des tests de principes fondateurs, au cœur des mystères de la physique moderne : par exemple, l’universalité de la chute libre. Autant d’applications que les pères et mères fondateur·ice·s de la mécanique quantique n’imaginaient certainement pas il y a cent ans. Démontrant une fois de plus la nécessité de maintenir une recherche académique de haut niveau pour faire face aux défis de notre temps. La Terre a le bon goût de nous fournir de nombreux messagers pour la comprendre : sa gravité est l’un d’eux. À nous désormais d’apprendre à les écouter pour prendre soin de notre habitat.

Célia Pelluet présente le 27 novembre son seule-en-scène humoristique et musical Les Particules hésitent aussi, à la Comédie de Rennes.