Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS CRn°5 Roger MEVEL

Atelier Sciences – Roger MEVEL
CR de la Séance n°5 du 18/01/2017

Atelier Sciences du 18-01-2017

Les OEM (Ondes Electromagnétiques) et leurs APPLICATIONS

1 –  Les 4 premières séances

Une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique oscillant à la même fréquence. Ces deux champs, perpendiculaires l’un par rapport à l’autre se propagent dans un milieu selon une direction orthogonale (figure ci-dessous).
La propagation de ces ondes s’effectue à une vitesse qui dépend du milieu considéré. Dans le vide, la vitesse de propagation est égale à 3.108 m/s. 1

Une onde électromagnétique est caractérisée par plusieurs grandeurs physiques : La période (T) : elle représente le temps nécessaire pour que l’onde effectue un cycle. L’unité est la seconde. La fréquence (f) : inverse de la période, elle traduit le nombre de cycles par unité de temps.
Elle s’exprime en Hertz (Hz) – un Hz équivaut à une oscillation par seconde – La longueur d’onde (λ) : elle exprime le caractère oscillatoire périodique de l’onde dans l’espace.
C’est la longueur parcourue par l’onde pendant une période T dans l’espace (figure ci-dessus) donc la distance séparant deux crêtes successives.
Nous avons donc la relation suivante : λ = c T ou encore λ= c/f car f = 1/T Les échanges d’énergie portée par le rayonnement électromagnétique ne se font pas de manière continue, mais de façon discrète, sous forme de paquets d’énergie, véhiculés par des corpuscules élémentaires immatériels, les photons. La relation suivante exprime la quantité d’énergie (E) associée à un photon en 2 fonction de la fréquence de l’onde : E = h f ou h est la constante de Planck (6,625.10-34 J.s).

Les ondes radio AM (Amplitude Modulation) et FM (Frequency Modulation)
1 -Les grandes ondes (GO) ou ondes longues (OL), Long Waves (LW en anglais) (30 kHz à 300 kHz[ ) se propagent par onde de sol et sont utilisées par les stations de radio en modulation d’amplitude, pour des communications à moyenne distance (500 à 1 000 km). Un seul émetteur LW couvre à peu près tout le territoire national.
2 – Les petites ondes (PO) ou ondes moyennes (OM), Medium Waves (MW en anglais) (300 à 3 000 kHz) se propagent également par onde de sol.
3 – Les ondes courtes (OC) ou Shortwave (SW en anglais) (3 MHz et 30 MHz) se propagent par réflexions successives entre le sol et l’ionosphère avec donc une portée de plusieurs milliers de kilomètres (domaine entre autres des radioamateurs).
4 – Les très hautes fréquences (very high frequency/VHF) est la partie du spectre radioélectrique s’étendant de 30 MHz à 300 MHz. Ces ondes se propagent en vue directe (en ligne droite). La radio FM (pour Frequency modulation) correspond à la bande 87,5 – 108 MHz souvent appelée « bande FM » .
5 – La modulation sert à transmettre le signal utile S(t) (le son ici) fourni par le microphone à l’aide d’un autre signal P(t) (porteuse) d’une fréquence nettement plus élevée qui est l’Onde ElectroMagnétique. A la réception il suffit alors de démoduler le signal pour avoir accès à l’information d’origine que l’on applique à un haut-parleur.
La modulation d’amplitude : AM Dans ce type de modulation le signal source fait varier l’amplitude de la porteuse. La modulation d’amplitude est très sensible aux perturbations électromagnétiques qui peuvent modifier l’amplitude de la porteuse et donc du signal source lors de la démodulation.
La modulation de fréquences : FM En modulation de fréquences le signal source fait varier la fréquence de la porteuse La modulation de fréquences est peu sensible aux perturbations électromagnétiques. Le signal démodulé est donc identique à celui de la source.

Global Positioning System (GPS)
Le GPS (Global Positioning System) est un système de géolocalisation fonctionnant au niveau mondial et reposant sur l’exploitation de signaux radio émis par des satellites dédiés. Le système GPS permet de se situer où qu’on soit dans le monde depuis 1995.

Composition
1 – Segment spatial La constellation est organisée autour de 24 satellites. Disposés sur six plans orbitaux (4 satellites par plan) ayant une inclinaison d’environ 55° sur l’équateur . Ils suivent une orbite quasi-circulaire de rayon 26 600 km environ (soit une altitude de 20 200 km) qu’ils parcourent en 11 h 58 min 2 s, soit un demi-jour sidéral.

Comparaison entre jour sidéral et jour solaire :
la planète positionnée en 1 met un jour sidéral (23 H 56’ 4’’) pour arriver en 2 et un jour solaire (24 H) pour arriver en 3
.
2 – Segment de contrôle
C’est la partie qui permet de piloter et de surveiller le système. Il est composé de cinq stations au sol. Leur rôle est de mettre à jour les informations transmises par les satellites (éphémérides, paramètres d’horloge) et contrôler leur bon fonctionnement.

3 – Segment utilisateur Le nombre maximum d’utilisateurs GPS est illimité. En 2014, le nombre total de récepteur GPS est estimé à 3,6 milliards. Les smartphones avec GPS intégré sont les plus nombreux avec 3,08 milliards, suivi par les 260 millions d’assistants de navigation pour des applications routières. Le nombre restant d’appareils est réparti entre des applications variées : autres transports (aviation, ferroviaire, maritime), topographie, agriculture, infrastructure critique.
Principe de fonctionnement
1 – Calcul de la position

Le positionnement GPS fonctionne grâce à un moyen que vous connaissez sûrement : la triangulation (qui consiste à utiliser uniquement les distances pour localiser un objet). Toutes les millisecondes, les satellites émettent des signaux codés sous forme d’onde radio.
Le récepteur calcule le temps mis par l’onde émise par le satellite pour lui parvenir. La vitesse de propagation du signal étant connue, le récepteur détermine une sphère sur laquelle est nécessairement sa position. (distance = temps x vitesse). Avec un deuxième satellite, l’intersection des deux sphères forment un cercle. Puis avec un troisième satellite, deux points. On élimine l’un des deux points car il ne se trouve pas sur Terre mais à une position absurde (à l’extérieur de la constellation des satellites GPS ou dans les profondeurs de la Terre, par exemple). Trois satellites suffiraient donc pour connaître notre position sur le globe.
Cependant, pour la synchronisation de l’horloge du boîtier GPS, il faut la précision d’une horloge atomique. Votre boîtier GPS et votre téléphone n’en ont évidemment pas. Ils vont donc utiliser l’horodatage produite par une horloge atomique à bord d’un quatrième satellite.
Pour pouvoir utiliser le GPS, il faut donc un minimum de quatre satellites : trois pour la position, et un supplémentaire pour la synchronisation.
2 – L’horloge du satellite
La nécessité des horloges atomiques vient du fait qu’on cherche à avoir une précision très importante sur la position : de l’ordre de quelques mètres sur la surface de la Terre. Il faut donc une très grande précision dans les informations transmises à votre boîtier GPS. Pour donner une idée : une différence d’une microseconde (1 µs) correspond à une erreur de 300 mètres sur la position !

3 – Synchronisation de l’horloge du récepteur
La base de temps des récepteurs GPS provient d’oscillateurs à quartz qui ne sont pas assez précis pour être utilisables pour le positionnement. Le récepteur est donc synchronisé sur le temps des horloges atomiques des satellites.

2 – C-R séance du 18/01/2017

1 – GPS et théorie de la relativité

Le GPS est l’application concrète la plus courante, dont le fonctionnement est lié avec la théorie de la relativité. Si ses effets n’étaient pas pris en compte, la navigation par GPS serait entachée d’erreurs trop importantes. Deux effets principaux de la relativité sont à considérer :

* la dilatation du temps issue de la relativité restreinte (1905) affirme que le temps s’écoule plus lentement pour un objet se déplaçant à grande vitesse (14.000 km/h ici). L’horloge du satellite retarde donc par rapport aux horloges au sol de 7 μs par jour
* la relativité générale (1915) stipule que le temps s’écoule plus rapidement pour un objet subissant un champ de gravité plus faible. L’horloge du satellite avance donc par rapport aux horloges au sol de 45 μs par jour
L’horloge d’un satellite GPS vue du sol×× avance donc de 45-7 = 38 μs par jour ce qui conduirait sans correction à une erreur de 38×300 = 11.400 m ou 11,4 km !
Historiquement, en 1977, lors de la première mise en orbite d’une horloge atomique au Césium dans le premier satellite GPS, les effets de la relativité avaient été calculés, mais certains doutaient de la véracité des effets relativistes. Après vingt jours en orbite, l’horloge atomique en orbite a été mesurée dérivant de l’ordre de 764µs par rapport au sol, ce qui était proche du calcul théorique de l’époque donnant 771 µs (environ 20×38). Par la suite, le synthétiseur a été activé de manière permanente.

2 – Les sources d’erreurs


Les mesures de la distance entre récepteur et satellites sont entachées d’erreurs de3 types :

* les erreurs dues aux satellites (trajectoire, horloge)

* les erreurs dues au récepteur (horloge, bruit électronique, chemins multiples, variation du centre ce phase de l’antenne)

* les erreurs engendrées par la transmission du signal (ionosphère, troposphère).
Un certain nombre de ces erreurs peuvent être compensées ou modélisées afin de les corriger, ceci dépend du type de récepteur et du mode de mesure. * les erreurs dues aux satellites (trajectoire, horloge) sont corrigées à partir des stations au sol. * les erreurs engendrées par la transmission du signal (ionosphère, troposphère). L’ionosphère modifie la vitesse de propagation du signal. La plupart des récepteurs intègrent un algorithme de correction, mais en période de forte activité solaire, cette correction n’est plus assez précise. Pour corriger plus finement cet effet, certains récepteurs bi-fréquences utilisent le fait que les deux fréquences L1(1,5 G )et L2 (1,2 G ) du signal GPS ne sont pas affectées de la même façon et recalculent ainsi la perturbation réelle. Rappel : v = c/n avec n indice de réfraction et n augmente avec la fréquence n = 1 + Constante× La présence d’humidité et les modifications de pression de la troposphère modifient l’indice de réfraction n et donc la vitesse de propagation du signal radio. Les récepteurs courants intègrent un modèle de correction.

3 – Inconvénient du GPS

Enfin, pour terminer, ajoutons que le système GPS est américain et est géré par le département de la défense des USA. L’usage de ce système par tous les autres pays que les États-Unis est souvent considéré comme une dépendance qui ne plaît pas toujours (pour des raisons géopolitiques). Ainsi, différents états prévoient leur propre système de positionnement par satellite :
La Russie a son système Glonass ;
L’Europe met actuellement en place les satellites du système Galileo.
La Chine a son système Beidu
L’Inde et le Japon ont également en projet leur système régional.

Le système Glonass devient opérationnel en 1996 mais la crise financière et économique qui frappe la Russie à la fin des années 1990 ne lui permet plus de maintenir un nombre de satellites suffisant. Le service complet n’est restauré qu’au cours des années 2010.

 

4 – Le système européen de navigation par satellite Galileo entre en service

Les satellites sont placés en orbite terrestre moyenne à une altitude de 23 222 km, également répartis sur 3 plans orbitaux inclinés à 56° du plan équatorial. Chaque orbite circulaire comprend 8 satellites actifs plus deux satellites de secours, pour un total de trente satellites (24 actifs et 6 de secours).

Avec 18 satellites en orbite sur les 26 que comptera la constellation à partir de 2018, Galileo est aujourd’hui capable de fournir ses premiers services, appelés « services initiaux », avec un engagement de la Commission européenne sur la fiabilité et la disponibilité du signal et l’assurance que les satellites et l’infrastructure sol de Galileo sont opérationnels.
A partir du jeudi 15 décembre 2016, Galileo offre gratuitement les services suivants :

* Navigation plus précise pour les citoyens avec l’OS (Open Service), pour les utilisateurs déjà équipés d’une puce Galileo sur leur smartphone ou à bord de leur véhicule,

* Appui aux opérations d’urgence, avec le service SAR (Search & Rescue) le temps de localisation d’un appel de détresse étant maintenant ramené à moins de 10 minutes, (les balises de détresse Cospas-Sarsat (à 406 MHz, bien connues des navigateurs marins et aériens, ainsi que des explorateurs)).

* Meilleure synchronisation pour les infrastructures critiques, pour permettre une meilleure gestion des transactions financières, des télécommunications et des réseaux de distribution d’énergie,

* Sûreté accrue pour les pouvoirs publics avec le PRS (Public Regulated Service) et de nouveaux outils, plus précis et sûrs, pour la protection civile, les services d’aide humanitaire, ou encore les douanes ou les forces de police. GALILEO sera en pleine capacité opérationnelle à partir de 2020. L’investissement est conséquent, avec 13 milliards d’euros de fonds publics engagés par Bruxelles. Malgré les six ans de retard sur le calendrier initial, les Européens sont convaincus que les avancées technologiques feront la différence. La précision est meilleure, dix fois supérieure à celle du GPS : moins d’un mètre contre dix mètres.
Pourquoi Galileo sera plus précis que le système GPS américain :

* les horloges atomiques européennes embarquées dans les satellites sont plus récentes, donc plus précises, que les américaines

* Les signaux de Galileo sont aussi censés mieux résister aux perturbations dues à leur passage dans l’ionosphère. La constellation utilise pour cela deux fréquences distinctes pour chacun des cinq niveaux de services prévus quand le GPS n’en a qu’une.

* Le phénomène est encore atténué par l’orbite de 23222 kilomètres choisie, plus élevée que celle des GPS (20200km) et Glonass (19100km) et qui réduit ainsi la vitesse de rotation des satellites par rapport à celle de ses rivaux. En la 3ème loi de KEPLER dit que × a = constante

Les objets connectés sont aussi de plus en plus nombreux à passer par les satellites pour communiquer, comme le capteur proposé aux personnes âgées et qui envoie un SOS en cas de chute, le collier qui surveille la santé de votre chat, la balise qui permet de retrouver vos clés ou localiser vos enfants à tout moment… Quelque 10% du PIB européen dépend aujourd’hui des systèmes de positionnement par satellites, et d’ici 2030 ce pourcentage pourrait grimper à environ 30%, selon le Cnes, l’agence spatiale française.
avec en particulier, le développement de la voiture autonome et des objets connectés. De plus, beaucoup d’applications à venir sont encore inconnues, l’imagination dans ce domaine étant sans limite.

5 – Le différentiel pour améliorer la qualité

1 – Le GPS différentiel      (en anglais Differential Global Positioning System : DGPS)

est une amélioration du GPS. Il utilise un réseau de stations fixes de référence qui transmet l’écart entre les positions indiquées par les satellites et leurs positions réelles connues. En fait le récepteur reçoit la différence entre les pseudo-distances mesurées par les satellites et les véritables pseudo-distances et peut ainsi corriger ses mesures
Il existe 3 systèmes de différentiels au monde mais heureusement tous compatibles. Le WASS couvre les Etats-Unis, l’EGNOS couvre l’Europe centrale et le MTSAT (ou MSAS) est au-dessus du japon. Sur nos GPS, cela se traduit par un paramétrage dans le menu, que l’on active ou non (au choix). Les GPS derniers nés ont tous cette option.

Opérationnel depuis 2011 EGNOS améliore la précision et la fiabilité du positionnement GPS dans toute l’Europe.
* EGNOS est l’acronyme de European Geostationary Navigation Overlay Service, c’est-à-dire “ Service Européen de Navigation par Recouvrement Géostationnaire
Fonctionnement :
1 Le véhicule est équipé d’une antenne GPS qui reçoit les signaux des satellites
2 Le service EGNOS dispose de récepteurs GPS au sol recevant les mêmes signaux que le véhicule
3 Les récepteurs calculent l’erreur de position et envoient l’information au satellite géostationnaire
4 Le satellite géostationnaire renvoie la correction au récepteur embarqué du véhicule
Le signal GPS n’offre qu’une précision officielle garantie de 10 mètres en zone dégagée quand EGNOS affiche une précision moyenne d’un mètre
Pour réaliser cette prouesse, EGNOS s’appuie sur 40 stations européennes au sol, qui captent les signaux de toute la constellation GPS. Elles transmettent ensuite ces données à 4 centres de contrôles européens qui en affinent la précision. Ces données améliorées sont ensuite envoyées aux récepteurs des utilisateurs d’EGNOS, tels les pilotes d’avion, via une constellation de 3 satellites géostationnaires européens. En particulier, le système simplifie et sécurise les phases d’approches des avions équipés. Un progrès de taille quand on sait qu’aujourd’hui, les pilotes doivent effectuer des manœuvres délicates pour capter les signaux radios. A terme, EGNOS devrait même permettre d’effectuer des atterrissages entièrement automatiques. Et une fois couplé au futur système global de géolocalisation européen Galileo, qui va compléter le système GPS, EGNOS devrait atteindre une précision de l’ordre de 10 cm. De quoi permettre de nouvelles applications, comme la signalisation des trains ou le guidage efficace et rapide des secours en montagne ou dans un immeuble en flamme…

2 – La Cinématique temps réel (Real Time Kinematic, en anglais ou RTK)

Les systèmes satellitaires existants (GPS Américain, GLONASS Russe, BEIDOU Chinois ou Galileo européen) peuvent être complétés par des systèmes dits d’augmentation de performance qui délivrent en temps réel des corrections permettant d’accroître la précision ainsi que des informations garantissant l’intégrité de ces corrections. Le principe de ces systèmes est qu’une ou plusieurs stations au sol mesurent en permanence l’erreur et transmettent un signal de correction aux utilisateurs via liaison GSM (opérateur de téléphonie classiques : ORANGE, BOUYGUES, SFR…) par l’accès à des réseaux spécifiques (TERIA, ORPHEON, SATINFO).
Ce système plus communément appelé RTK permet d’obtenir une précision de l’ordre du centimètre dans les conditions optimales d’utilisation. La société Geodata Diffusion a été créée en 2006 afin d’étudier, dimensionner, puis piloter le déploiement national du réseau Orphéon. Orphéon est un système d’augmentation de précision permettant aux utilisateurs de se positionner avec une précision centimétrique en temps réel, en utilisant un seul capteur. L’enjeu est énorme puisque sans être exhaustive, la liste suivante reprend les principales catégories professionnelles directement utilisatrices des services :

• Les géomètres (établissement de plans à grande échelle pour l’aménagement et l’urbanisme, la gestion du patrimoine foncier etc.)

• Les gestionnaires de réseaux (localisation des réseaux d’eaux, d’assainissement, de gaz, d’électricité, de télécoms etc.)

• Les entreprises de travaux publics (implantation de projets, plans de recollement, surveillance des ouvrages d’art, guidage d’engins)

• Les collectivités locales via leur département SIG (obtention d’une vision précise et exhaustive de la géométrie d’un territoire et de son mode d’occupation permettant de déboucher sur des études multicritères par croisement de données)

• Les instituts de cartographie (entretien de réseaux géodésiques, création et mise à jour de bases de données spatialisées, notamment dans le cadre des référentiels grandes échelles) • Les services cadastraux pour la bonne gestion du patrimoine foncier (délimitation parcellaire servant de base à l’imposition)

• Les gestionnaires de flottes de véhicules demandeurs d’un service de localisation de meilleure qualité, notamment en terme de disponibilité (transporteurs privés et publics pour localiser leurs mobiles, services de secours (police, pompiers, ambulances, sécurité civile) pour se diriger sur les lieux d’intervention, etc.)

• * Et enfin l’agriculture de précision afin de prendre en compte l’hétérogénéité de chaque parcelle dans les interventions culturales en modulant la gestion des intrants (semences, eau d’irrigation, engrais, fongicides, herbicides, insecticides en fonction des caractéristiques des sols, de la topographie, des attaques parasitaires, de la présence des mauvaises herbes) afin d’optimiser les résultats agronomiques tout en limitant leur impact environnemental.

La relativité du temps dans le Système GPS
Albert Einstein
Le GPS est un système de positionnement très précis qui n’a pu voir le jour seulement grâce aux avancées technologiques telles les satellites ou les horloges atomiques mais aussi grâce aux découvertes scientifiques sur les ondes électromagnétiques (Maxwell dans les années 1880) et sur la relativité du temps (Einstein en 1905 et 1915).

Le temps n’est donc pas une valeur absolue. Tout d’abord Maxwell prouve que la lumière est une onde électromagnétique se déplaçant à la vitesse absolue (vitesse de la lumière c = 3 ms-1). De par ses équations il énonce le postulat que la vitesse de la lumière dans le vide, est égale à c quel que soit le mouvement qui anime le référentiel. De ce fait la relativité bouleverse quelque peu nos conceptions :
Le temps n’est pas absolu, il peut se dilater (le temps passe moins vite) = relativité restreinte
Les dimensions de l’espace ne sont pas constantes, elles peuvent être déformées.
De ce fait le temps n’étant pas absolu et l’espace pouvant se dilater notre univers n’est pas en 3 dimensions mais en 4 avec : x, y, z, t = relativité générale
Relativité restreinte 1905 (liée à la vitesse)
Pour NEWTON (le père de la mécanique classique) le temps était absolu alors que pour EINSTEIN il est RELATIF. Lorsque 2 horloges H1 et H2 parfaitement identiques et parfaites sont synchronisées à un instant To, si l’une H1 reste par exemple au repos au sol et que l’autre H2 prend une vitesse V par rapport à H1, alors les 2 horloges ne mesurent plus les mêmes durées T1 ou T2 pour un même phénomène. Posons ΔT = T1-T2
On peut facilement calculer la dilatation du temps : ΔT/T = ½
Comme la vitesse des satellites servant au GPS est de v = 3870 m/s (14.000 km/h) et c = 300.000.000m/s ΔT =0.00000000008 Ainsi au bout de 24h, les horloges terrestres et satellitaires ne sont plus synchronisées. L’horloge H2 du satellite est en retard de 0,00000000008 × 24 × 3.600 = 0,000006,9 s soit 6,9 µs sur l’horloge H1 au sol. Relativité générale 1915 (liée à la gravitation) La relativité générale est une théorie physique développée par Albert Einstein entre 1905 et 1915. Au terme de 10 ans d’efforts, Einstein parvient à formuler une théorie relativiste de la gravitation. Il doit pour cela abandonner l’idée que deux masses s’attirent sous l’effet d’une force de gravitation (Newton). Il suppose que l’attraction résulte de la courbure de l’espace-temps.
La théorie de la relativité générale a été confirmée par des observations astronomiques dès 1919 (arthur Addington lors de l’éclipse totale de soleil), assurant la célébrité à Albert Einstein. Si elle est indispensable pour calculer la trajectoire des fusées et des satellites, elle n’a trouvé d’application grand-public que récemment avec le GPS.
En développant ses idées sur les conséquences du principe d’équivalence, Einstein aboutit à une nouvelle vision de la gravitation qui devait remplacer celle d’Isaac Newton : la relativité générale. L’aspect le plus important de cette théorie est la disparition du concept de force de gravitation.
Pour Einstein, le mouvement d’un corps n’est pas déterminé par des forces, mais par la configuration de l’espace-temps. Par exemple, d’après Newton la Terre tourne autour du Soleil car celui-ci exerce une force gravitationnelle sur notre planète. Pour Einstein, c’est une perturbation de l’espace-temps introduite par la masse du Soleil qui est à l’origine du mouvement de la Terre.
Pour mieux comprendre cette idée, faisons appel à une analogie à deux dimensions. L’espace, en relativité générale, peut être comparé à une sorte de tissu élastique. La présence d’une étoile peut être simulée en posant une pierre sur ce tissu. Celle-ci s’enfonce dans le tissu, le déforme et y crée une dépression.
Que se passe-t-il lorsqu’un corps plus petit passe à proximité de l’étoile ? Faisons rouler une bille sur le tissu : la trajectoire est d’abord une simple ligne droite, mais lorsque la bille passe à proximité de la pierre, elle pénètre légèrement dans la dépression. Elle est alors déviée de sa ligne droite et sa trajectoire se courbe. Sur ce tissu élastique, le mouvement de la bille n’est pas dicté par une force mais par la forme de l’espace ou plus précisément, par la courbure de celui-ci.
La relativité générale abandonne la notion de force et la remplace par le concept de courbure de l’espace-temps. Les corps célestes adoptent des trajectoires aussi droites que possibles, mais ils doivent se soumettre à la configuration de l’espace-temps. Loin de toute distribution de matière, la courbure de l’espace-temps est nulle et toutes les trajectoires sont des lignes droites. Près d’un corps massif comme le Soleil, l’espace-temps est déformé et les corps se déplacent sur des lignes courbes. Pour être complète, la théorie de la relativité générale doit également donner un moyen de calculer la courbure de l’espace-temps créée par une distribution de masse. Elle le fait par l’intermédiaire d’un système très complexe de formules mathématiques, les équations d’Einstein, qui relient courbure de l’espace-temps et distribution de masse. Ce système est si complexe qu’il n’a été résolu que dans quelques cas de figure très simples, par exemple autour d’une étoile isolée. La vision du monde d’Albert Einstein est donc très différente de celle proposée par Isaac Newton. Néanmoins, la plupart du temps les deux théories donnent des résultats pratiquement identiques. Les divergences n’apparaissent que dans des conditions extrêmes, soit pour des corps se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, soit pour des corps qui engendrent des champs de gravité très puissants. Ce qui n’est pas le cas sur Terre dans la vie de tous les jours. C’est pourquoi les automobilistes et les piétons vieillissent au même rythme, ainsi que les habitants du rez-de-chaussée et du dernier étage d’un immeuble
Ondes gravitationnelles

Lorsqu’ Albert Einstein a publié la forme finale de sa théorie de la relativité générale en 1916, il était déjà conscient que les équations qui y décrivaient le champ de gravitation comme une manifestation de la courbure de l’espace et du temps devaient contenir comme solutions des analogues des ondes électromagnétiques. Le tissu de l’espace-temps devait donc pouvoir se déformer et être le lieu de la propagation d’ondes gravitationnelles. En 1918, Einstein montra finalement que, de même que des charges accélérées émettent de la lumière, il était possible pour certaines configurations de matière en mouvement, d’émettre de l’énergie sous forme d’ondes gravitationnelles. La présence de ces solutions dans les équations d’Einstein n’a été admise d’un point de vue théorique qu’à partir de la fin des années 1950 environ et s’est posée alors la question de leur détection.

Découverte des ondes gravitationnelles : une révolution pour l’astronomie

C’est un événement extraordinaire, qui n’arrive jamais, ou presque Un document historique : les ondes gravitationnelles, émises par la fusion de deux trous noirs (il y a 1,3 milliard d’années lumières), enregistrés ensemble le 14/09/2015 par les deux interféromètres de l’observatoire américain Ligo, situés à 3000 kilomètres l’un de l’autre.
Cette observation ouvre un champ nouveau d’observation de l’univers à grande échelle, d’autant que les ondes gravitationnelles ne sont pas arrêtées par la matière. En revanche elle laisse encore ouverte la question de l’existence du graviton.
Se rappeler qu’à une onde est associée une corpuscule (André RIO nous l’a souvent dit et redit = dualité onde-particule) ( Ce concept fait partie des fondements de la mécanique quantique) : le photon pour l’onde électromagnétique et donc le graviton pour l’onde gravitationnelle

 

 

 

 

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