L’instrument

L’interféromètre, l’art de mesurer des distances

L’interféromètre est l’outil servant de base à de nombreux instruments développés afin de détecter les ondes gravitationnelles. Explications sur son fonctionnement

L’interféromètre de Michelson fait interagir un faisceau de lumière avec lui-même: le faisceau est d’abord séparé en deux à l’aide d’une «lame» optique (1). Chacun des deux faisceaux ainsi créés suit l’un des deux parcours avant d’être réfléchi par un miroir dit de «sortie» (2). Les deux faisceaux sont ensuite recombinés dans la même lame optique (3), pour finir dans un détecteur (4). Suivant la différence de distance parcourue le long des deux bras, les signaux ondulatoires de ces deux faisceaux peuvent soit s’additionner (le détecteur voit alors de la lumière), soit se soustraire l’un à l’autre (le détecteur voit… du noir).

L’interféromètre de Michelson.

C’est cette propriété d’interférence que l’on retrouve au cœur de nombreux instruments de détection des ondes gravitationnelles. Si l’une d’elles traverse un tel interféromètre, elle déplace de manière infime les miroirs des bras, faisant dès lors aussi brièvement varier ce qu’observe le détecteur.

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Pour détecter le passage d’une onde gravitationnelle, il faut mesurer des déplacements inférieurs à l’attomètre (soit un milliardième de milliardième de mètre, ou 10-18 m). Plus les bras de l’interféromètre sont grands, plus le dispositif est sensible. C’est pour cette raison que les instruments Virgo et LIGO utilisent des cavités de Fabry-Pérot: chacun des faisceaux rebondit à de multiples reprises entre les deux miroirs de cette cavité avant d’en ressortir. C’est ainsi que dans les bras de LIGO, longs de 4 km, la lumière parcourt 1600 km.

Le futur interféromètre spatial eLisa aura, lui, des bras d’un million de kilomètres!

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