Le satellite LAGEOS, un engin spatial passif à télémétrie laser dont la lignée de conception s’étend jusqu’à LARES-2. Les deux satellites utilisent des réseaux de rétroréflecteurs pour renvoyer les impulsions laser des stations au sol, permettant un suivi millimétrique de leurs orbites. Crédit : NASA.
9 juillet 2026, Un petit satellite italien en orbite à 5 899 km au-dessus de la Terre a fourni la mesure la plus précise jamais réalisée de l’une des prédictions les plus étranges de la relativité générale : qu’une planète en rotation entraîne le tissu de l’espace-temps avec elle.
Le résultat, publié le 8 juillet dans Nature (doi:10.1038/s41586-026-10715-0), confirme la théorie d’Einstein au niveau d’un millième, une amélioration d’un ordre de grandeur par rapport aux meilleurs tests précédents du système solaire. La mesure impose les contraintes les plus strictes jamais obtenues sur les théories alternatives de la gravité, y compris celles proposées pour expliquer l’énergie sombre.
« Ce que nous voyons, c’est l’espace-temps tordu par la rotation de la Terre », a déclaré Ignazio Ciufolini de l’Université de Salento, auteur principal de l’étude, dont l’équipe inclut le lauréat du prix Nobel Roger Penrose. « L’effet est infime, mais LARES-2 nous a permis de le mesurer avec une extraordinaire clarté. »
Comment fonctionne l’entraînement de l’espace-temps
L’entraînement de l’espace-temps, également appelé effet Lense-Thirring ou gravitomagnétisme, découle du fait que les équations d’Einstein traitent les courants de masse-énergie de la même manière que l’électromagnétisme traite les courants électriques. De même qu’une charge électrique en mouvement génère un champ magnétique, une masse en rotation génère un champ gravitomagnétique qui tord les référentiels inertiels locaux.
Pour la Terre, l’effet est extrêmement faible. Le plan orbital d’un satellite tournant autour de la planète ne précesse que d’environ 2 mètres (6,6 pieds) par an en raison de l’entraînement, approximativement la largeur d’un cheveu humain à l’altitude du satellite. Extraire ce signal des perturbations gravitationnelles bien plus importantes de la forme irrégulière de la Terre a défié les physiciens pendant des décennies.
L’expérience LARES-2
LARES-2 (Laser Relativity Satellite 2) a été lancé le 13 juillet 2022 à bord du vol inaugural de la fusée européenne Vega-C depuis Kourou, en Guyane française. Construit par l’Agence spatiale italienne (ASI) en coopération avec l’ESA, le satellite est une sphère passive de 36,4 cm (14,3 pouces) de diamètre, pesant 387 kg (853 livres). Sa surface est recouverte de 303 rétroréflecteurs en coin de cube, des miroirs de précision qui renvoient les impulsions laser vers leur source.
Un réseau mondial de stations de télémétrie laser satellite (SLR) envoie des impulsions vers LARES-2 et mesure le temps de trajet aller-retour, suivant la position du satellite au millimètre près. L’équipe a combiné 3,5 années de données de LARES-2 avec 26 années de données des anciens satellites LAGEOS (NASA, 1976, et ASI/NASA, 1992) et des modèles de champ gravitationnel des missions GRACE et GRACE Follow-On.
L’innovation clé réside dans la géométrie orbitale. LARES-2 vole sur ce que l’on appelle une « orbite supplémentaire » par rapport à LAGEOS : leurs plans orbitaux sont presque perpendiculaires, avec des inclinaisons dont la somme atteint environ 180 degrés. Cette configuration annule les perturbations gravitationnelles dominantes du bourrelet équatorial terrestre (l’harmonique J2), laissant le minuscule signal d’entraînement exposé.
« Nous avons conçu l’orbite pour tuer le bruit afin que le signal puisse briller », a déclaré le co-auteur Antonio Paolozzi de l’Université Sapienza de Rome. « Il a fallu près de 40 ans depuis la proposition originale pour y arriver. »
Ce que signifient les résultats
L’entraînement mesuré correspond à la prédiction de la relativité générale à moins de 0,2 %. Au-delà de confirmer une fois de plus Einstein, le résultat a des implications profondes pour la physique fondamentale.
Plusieurs théories alternatives de la gravité, en particulier la gravité de Chern-Simons, une extension scalaire-tenseur issue de la théorie des cordes, prédisent des valeurs d’entraînement différentes de celles de la relativité générale. La mesure de LARES-2 exclut une large classe de ces modèles, réduisant l’espace théorique pour les explications de l’énergie sombre et de l’expansion accélérée de l’univers.
Les données ont également amélioré les mesures des marées lunisolaires terrestres, la déformation gravitationnelle de la planète par la Lune et le Soleil, démontrant que les expériences relativistes de haute précision peuvent apporter des dividendes géophysiques.
Un long chemin du concept à l’orbite
L’idée d’utiliser des satellites en orbite supplémentaire pour mesurer l’entraînement de l’espace-temps a été publiée pour la première fois au milieu des années 1980, portée par Ciufolini et le regretté John Archibald Wheeler. Le projet s’appelait à l’origine LAGEOS-3 mais a été reporté à plusieurs reprises. En 2016, l’Agence spatiale italienne l’a relancé sous le nom de LARES-2, avec une technologie considérablement améliorée et un lancement dédié sur la nouvelle fusée Vega-C.
La conception optimisée du satellite, un très faible rapport surface/masse qui minimise la traînée de l’atmosphère résiduelle et de la pression de radiation solaire, ainsi qu’une distribution de rétroréflecteurs hautement uniforme, a rendu possible la mesure au millième. Les tests précédents utilisant uniquement LAGEOS et LARES (lancé en 2012) avaient atteint une précision d’environ 2 %.
Et ensuite
Alors que LARES-2 continue d’accumuler des données, l’équipe s’attend à de nouvelles améliorations de la précision dans les années à venir. Le satellite ne comporte aucun composant électronique ni propulsion et n’a aucune pièce mobile, sa durée de vie nominale se mesure en décennies. La même technique de télémétrie laser pourrait être appliquée à de futures missions autour d’autres planètes ou de la Lune, où les effets d’entraînement sont plus importants en raison de champs gravitationnels plus forts.
« Chaque fois que nous testons la relativité générale plus précisément, Einstein réussit », a déclaré Ciufolini. « Mais ce n’est pas un échec, c’est la confirmation que notre compréhension de la gravité est sur la bonne voie. Et cela ferme la porte aux théories qui nous emmèneraient sur la mauvaise voie. »
Références :
- Ciufolini, I., Paolozzi, A., Pavlis, E.C. et al. « LARES-2 satellite measures frame-dragging effect around the Earth. » Nature 655, 332-335 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10715-0
- Ciufolini, I. et al. « First results of the LARES 2 space experiment to test the general theory of relativity. » European Physical Journal Plus 138, 1054 (2023).
- Italian Space Agency (ASI) : LARES-2 mission overview. https://www.asi.it/en/earth-science/lares-2/
Traduit par Lydie