Yannick Mellier, Les lois de la gravitation à l’épreuve...

Yannick Mellier est astronome à l’Institut d'Astrophysique de Paris et responsable de l’UMR 7095 (UPMC - CNRS). Médaillé d’argent par le CNRS en juin 2009 pour ses travaux sur les lentilles gravitationnelles et ses apports sur la connaissance de la matière noire, il espère aujourd’hui voir aboutir son rêve : le lancement d’un satellite dédié à l’étude des « distorsions gravitationnelles ».

Qu’est-ce que l’Institut d’Astrophysique de Paris ?

L’IAP regroupe des astrophysiciens du secteur sciences de l’Univers et des physiciens théoriciens du secteur sciences physiques et mathématiques. Il compte environ 160  personnes, dont 70 chercheurs. Parmi ses grandes équipes, on trouve le groupe « Cosmologie et grandes structures » qui travaille avec le satellite Planck qui vient d’être lancé, et le groupe « Galaxies », qui exploite des données observationnelles provenant en particulier du satellite Herschel. L’Institut accueille également une équipe spécialisée dans les simulations numériques, une autre qui s’occupe de la nucléosynthèse primordiale et une autre qui se consacre aux planètes extra-solaires. Notre équipe est constituée d’une douzaine d’ingénieurs et de chercheurs, dont une partie se consacre à l’optique gravitationnelle et leurs applications à la cosmologie, l’autre à la production, l’analyse et l’interprétation des données observationnelles regroupées au centre TERAPIX que je dirige.

A quoi votre équipe travaille-t-elle plus précisément ?

Depuis 1999, nous étudions la structure et l’évolution de l’univers grâce à l’exploitation scientifique des lentilles gravitationnelles. Il s’agit d’un phénomène prédit par la relativité générale d’Einstein, indiquant que toute lumière passant au voisinage d’une masse voit sa trajectoire déviée par la présence de la matière. Ainsi, une lentille gravitationnelle le long de la ligne de visée d’un objet céleste circulaire transforme celui-ci en ellipse. Ces déformations nous permettent l’observation de galaxies très distantes et la mesure de la distribution de la matière noire dans l’univers. Dès 1987, nous avions découvert les spectaculaires arcs gravitationnels, où l’objet n’est pas transformé en ellipse, mais en arc et même un anneau s’il est parfaitement aligné avec la source de lumière. Ces arcs sont donc des phénomènes exceptionnels, mais très intéressants pour étudier la distribution de la matière noire dans l’Univers.

Quelle différence entre la matière noire et l’énergie noire ?

La matière noire est capable, sous l’effet de la gravité, de se structurer et se concentrer en formant des objets compacts, comme les étoiles ou les galaxies, alors que l’énergie noire, très ténue, ressemble plutôt à un fluide. Elles représentent toutes deux la grande énigme du 21e siècle ! Nous en sommes encore à des phases exploratoires : nous étudions ses propriétés et les effets qu’elles induisent. Si les supernovae permettent à Pierre Astier du LPNHE de sonder l’énergie noire, nous utilisons les lentilles gravitationnelles pour la matière noire. Nos résultats sont remarquablement complémentaires.

Justement, quels ont été les vôtres ?

Nous avons pu cartographier la distribution de la matière dans l’univers à très grande échelle -de l’ordre du milliard d’années-lumière-, ce qui nous a renseigné sur la manière dont elle a évolué depuis le Big Bang. Nous avons pu confirmer que les structures cosmologiques résultent essentiellement de la gravitation. La matière se présente sous la forme d’un gigantesque réseau filamentaire, le « Cosmic Web », dont la structuration observée concorde parfaitement avec l’idée d’un univers en expansion accélérée, dominée par de la matière et de l’énergie noires.

Avez-vous un nouveau projet en préparation ?

En collaboration avec d’autres laboratoires français et européens, nous discutons avec l’Agence Spatiale Européenne de la conception d’un satellite consacré à l’étude des effets fins des distorsions gravitationnelles pour mesurer les propriétés, cette fois, de l’énergie noire. Vues depuis le sol, les formes des objets sont dégradées par les turbulences atmosphériques. Vues depuis l’espace, elles seraient 100 fois plus précises ! Nous voudrions savoir si l’accélération de l’univers est liée à l’énergie sombre où si l’on s’est trompé sur la théorie de la gravitation – ce qui bouleverserait les fondements de la physique…. Le lancement de ce satellite est mon voeu le plus cher : ce serait l’aboutissement quasi ultime de ce type d’observation et de cette voie de compréhension de l’univers.

 Interview d’Emmanuelle Manck