L’épreuve du feu a débuté au centre spatial de Toulouse pour les futurs instruments de l’interféromètre européen LISA  (Laser Interferometer Space Antenna). Dans l'espace, ce réseau de trois télescopes spatiaux développé par l’Agence spatiale européenne (ESA) aura pour objectif principal la mesurer des ondes gravitationnelles produites lors d'événements cosmiques extrêmes comme la collision de trous noirs. Mais pour l'heure, les instruments de LISA s’apprêtent à subir une batterie de tests en salle blanche, une pièce isolée où la concentration de micro-organismes et les échanges d’air sont strictement contrôlés afin de limiter le risque contamination d’instruments ou d’appareils sensibles. 

Là, tout est prêt pour accueillir l’OMS (Optical Metrology System, ou système de métrologie optique en français). Ce dispositif de mesure crucial qui constituera le cœur de chacun des trois satellites, doit en effet être testé pour ce qui relève de ses performances au CNES.

Dispositif hors norme

Ce qui impressionne, dès lors que l’on entre dans la salle, est le mur soufflant : un assemblage de 4 m de haut pour 2,5 m de large visant à produire un flux d’air destiné à réduire les dépôts de poussière sur des instruments ultra-sensibles. « Pour limiter le risque de contamination dans la pièce, nous devons aussi impérativement nous équiper avec des combinaisons intégrales : blouse, surchaussures, charlottes, équipements antistatiques… », explique Mathieu Ruellan, responsable Assemblage, intégration et tests des instruments au CNES.

Près du mur, portant un couvercle de plus d’une tonne qui viendra coiffer la cuve d’expérimentation des instruments optiques, un pont équipé d’un palonnier. Ce pont mobile peut parcourir la salle blanche pour déplacer les différents éléments au fur et à mesure de l’avancée des tests.

Déceler les plus infimes perturbations

Une fois dans l’espace, l’ensemble LISA aura pour objectif de détecter les ondes gravitationnelles émises par des événements cosmiques extrêmes. Pour cela, il devra être capable d’émettre et recevoir la lumière laser des deux satellites distants, et former les combinaisons interférométriques permettant de mesurer les distances. Chaque satellite aura également pour mission de protéger ses instruments de toutes les secousses du vide spatial, créant ainsi le laboratoire parfait où les objets flottent sans aucune perturbation.

Dans l’espace, l'instrument devra détecter des déplacements de l'ordre de quelques picomètres, soit la taille d'un centième d'atome. Pour réussir à mesurer cette performance au sol, l’instrument sera d’abord assemblé sur une machine de mesure tridimensionnelle basée sur un marbre de sept tonnes permettant d’assurer un alignement entre les différentes pièces mécaniques de l’ordre du micromètre. 

Cet assemblage sera ensuite testé sans être parasité par les vibrations du sol ou les écarts de température, « l'OMS sera plongé plusieurs mois dans deux cuves thermiques stables au millionième de degré près », détaille Jean-Charles Damery, chef de projet LISA au CNES. La réussite des tests dépend donc de l’extrême stabilité de l’environnement.

Une maîtrise d’œuvre assurée par le CNES

En tant qu'agence spatiale partenaire de l’ESA, le CNES a en charge de tester les performances interférométriques de l’instrument LISA, en collaboration avec le CNRS et le CEA. L’instrument LISA est lui-même produit par différents contributeurs internationaux : le banc optique arrive d'un laboratoire écossais, le laser de la NASA, le phasemètre d'un laboratoire allemand. Une répartition des rôles clé qui relève directement de la compétence des agences spatiales et de leurs laboratoires.

En tout, une dizaine de laboratoires et industriels français contribuent à la mise en place de ce dispositif de test hors norme. Sur les dix instruments de la mission LISA, seuls deux – un modèle d'ingénierie et un modèle de qualification – seront testés au sol, un an chacun. Ce n’est qu’après avoir atteint ce jalon que l'ESA pourra donner le feu vert à la fabrication des huit autres.

Le lancement de LISA pourrait avoir lieu vers 2035-2036, avec une mise à poste prévue à 50 millions de kilomètres de la Terre. Ensuite, le réseau de télescopes disposera de deux années de mesures pour sonder les confins de l'Univers. Un exploit scientifique auquel la France prend une part active.