Caractérisation instrumentale de MICROSCOPE 2 : vers un test multi-échelle de la gravité dans l'espace

par Hugo Levy

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Jean-Philippe Uzan.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) , en partenariat avec Physique, Instrumentation, Environnement, Espace (laboratoire) et de Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....) (référent) depuis le 01-10-2021 .


  • Résumé

    La mission MICROSCOPE, développée et exploitée par le CNES et l'ONERA, a permis d'améliorer significativement les contraintes non seulement sur le principe d'équivalence, la clé de voûte de la Relativité Générale, mais également sur des modèles simples de modification de la gravité (dilaton, potentiel de Yukawa). Un travail important sur les contraintes que MICROSCOPE peut fournir sur un modèle plus élaboré, le champ caméléon, a également été entamé. Au cours de l'analyse des données MICROSCOPE, il est aussi apparu que le concept de MICROSCOPE pourrait permettre de tester les modifications de la gravité à l'échelle centimétrique (et pas seulement aux échelles géographiques et supérieures). Le concept expérimental de MICROSCOPE pourrait par conséquent être étendu dans l'avenir, par exemple avec son successeur MICROSCOPE 2. Cependant, une telle évolution va nécessiter une caractérisation beaucoup plus fine du modèle instrumental (mécanique et électrostatique). Cette thèse se place dans le contexte de MICROSCOPE 2, qui vise une amélioration significative des performances de MICROSCOPE. Le but de la thèse sera d'affiner le modèle instrumental pour améliorer la compétitivité de l'expérience dans le test de modèles de gravité modifiée, autant à petite échelle qu'à grande échelle. Il s'agira dans un premier temps de calculer le champ de gravité dans l'environnement du satellite, puis dans le satellite. Ensuite, nous quantifierons la possibilité d'améliorer les modèles instrumentaux à base de simulations numériques basées sur des méthodes aux éléments finis. Ils pourront finalement être validés avec les données MICROSCOPE.

  • Titre traduit

    MICROSCOPE 2's instrument characterization: towards a multi-scale test of gravitation in space


  • Résumé

    The MICROSCOPE mission, developed and managed by CNES and ONERA, allowed us to significantly improved the constraints no only on the weak equivalence principle (the cornerstone of General Relativity) but also on simple models of modified gravity (dilaton, Yukawa potential). A significant work was also started related to how MICROSCOPE can constrain the chameleon field. While analyzing MICROSCOPE data, it became clear that the MICROSCOPE experimental concept may allow for tests of short-range gravity (and not only on geographic and larger scales). This concept could thus be extended in the future, for instance with MICROSCOPE's follow up, MICROSCOPE 2. However, such an evolution will require a much finer characterization of the (mechanical and electrostratic) instrumental model. The context of this PhD thesis is the MICROSCOPE 2 mission, which aims to significantly improve MICROSCOPE's performances. The goal of the thesis will be to improve the instrumental model to improve the capacity to test modified gravity, both on small and large scales. We will start with computing the (modified) gravity field in the satellite and in its environment. Then, we will use finite element methods to improve our instrumental models. This thesis goes beyond the theoretical frame of gravity, as it will provide the possibility to improve our understanding of the instruments developed at ONERA to measure the gravity field.