La relativité générale, théorie reconnue pour modéliser la gravitation, connait des succès spectaculaires, les derniers d’entre eux étant la confirmation simultanée de l’existence des trous noirs et des ondes gravitationnelles. Il existe cependant des questions auxquelles cette théorie ne répond pas comme la nature de la matière noire ou l’unification de la gravitation avec les autres interactions. Les théoriciens travaillant sur ces questions ont un cruel besoin de tests expérimentaux pour les guider dans le développement de nouveaux modèles.
Cette thématique est un projet important de l’équipe ASTROGEO-GPM avec les 5 actions suivantes :

  • Test de l’invariance de Lorentz en utilisant les données de la mission spatiale T2L2 : T2L2 est une expérience spatiale à bord du satellite Jason-2 en vol depuis 2008 et prolongée jusqu’en 2017, dont le principal objectif est la synchronisation d’horloges par liens lasers. Notre équipe est PI de cette expérience dont nous avons développé les segments sol et spatial. Nous conduisons l’exploitation scientifique des données.
  • Test du principe d’équivalence (effet Nordvedt) en étudiant le mouvement relatif de la Terre et de la Lune dans le champ gravitationnel du Soleil, en utilisant les mesures de distance Terre-Lunes obtenues en particulier par la station MeO. Les développements liés à une meilleure connaissance de la structure interne de la Lune sont une étape essentielle pour obtenir une précision suffisante dans le test du principe d’équivalence au niveau astronomique.
  • Test du principe d’équivalence faible au moyen de la mission spatiale MICROSCOPE lancée le 25 avril 2016 : cette expérience consiste à comparer la chute libre de deux masses d’épreuve l’aide d’accéléromètres spatiaux. Nous sommes Co-PI de cette mission, responsable de la conception des algorithmes pour l’analyse des données. Nous procédons également à l’analyse des données en collaboration avec l’ONERA.
  • Tests de théories alternatives prédisant des modifications géométriques et dynamiques, en utilisant les mouvements des planètes et des sondes spatiales. Les éphémérides planétaires sont un outil important pour obtenir des contraintes pour les théories alternatives de la gravitation dans le système solaire notamment par l’étude des orbites planétaires (Fienga et al. 2015).  En 2017, nous inclurons les nouvelles données JUNO (octobre 2016-fin 2017) dans INPOP afin d’améliorer notre connaissance de Jupiter ainsi que des positions d’astéroïdes du catalogue GAIA afin d’assurer le raccordement entre le repère de référence d’INPOP et celui de GAIA (en collaboration avec Lagrange, OCA).

C’est aussi dans ce cadre que se place les travaux d’amélioration des liens entre systèmes de référence terrestre (ITRF) et célestes (ICRF, Gaia Reference Frame). En effet la définition précise des systèmes de référence est un point essentiel pour la validité des tests de gravitation proposés précédemment. Des travaux en ce sens sont menés en collaboration avec O. Minazzoli (Artémis, OCA). Des études d’incertitudes des catalogues stellaires et de leur lien à l’ITRF sont aussi en cours via l’observations de satellites géodésiques illuminés par lien laser (ASTERIM) et une collaboration avec l’Observatoire de Turin et le laboratoire Lagrange.

Principales Collaborations : Laboratoire Artémis, Laboratoire Lagrange, ONERA, Université de La Sapienza, Observatoire de Paris (SYRTE, IMCCE), INAF (Observatoire de Turin).

 
Figure : MICROSCOPE
Figure : La relativité générale dans le système solaire (Klioner 2011)
Figure : Détermination des paramètres PPN beta et gamma avec INPOP13a et à partir des données de la mission MESSENGER (Verma, FIenga et al. 2015)