E7 : Outils avancés d’analyse de séries temporelles : application aux données Microscope

Outils avancés d’analyse de séries temporelles : application aux données Microscope

Contexte :

Le Principe d’Equivalence Faible (PEF), un postulat de base de la Relativité Générale (RG), établit l’égalité entre la masse inerte et la masse grave (universalité de la chute libre). Sa validité peut être testée en mesurant le paramètre d’Eötvös — nul si le PEF est correct — qui est proportionnel à la différence des accélérations subies dans le même champ gravitationnel par deux corps de composition différente.

La physique au-delà de la RG (par exemple, les théories de gravitation inspirée par la théorie des cordes) pourrait expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers et résoudre le problème de l’énergie noire. Dans ce cas, on s’attend à une violation du PEF entre 10^-18 et 10^-13; les limites expérimentales actuelles sont de 10^-13.

Les expériences actuelles (sur Terre) atteignant leurs limites, il devient important de tester le PEF dans l’espace. MICROSCOPE, une mission du CNES dont le lancement est prévu en 2016, nous permettra d’améliorer les limites actuelles de deux ordres de grandeurs.

Microscope:

MICROSCOPE (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence) est fait de deux accéléromètres électrostatiques différentiels cylindriques ultrasensibles. Le premier est fait de deux masses d’épreuve coaxiales de même composition (alliage de Platine) et est utilisé pour contrôler les erreurs systématiques; le second est fait de deux masses d’épreuve coaxiales de composition différente (alliages de Titane et de Platine) et est utilisé pour tester le PEF. Une violation du Principe d’Equivalence est détectée par la différence des accélérations subies par les masses d’épreuve le long de leur orbite autour de la Terre.

Principe de la mesure : le PEF est mesuré le long d’un axe donné. Une violation du PEF crée un signal à une fréquence donnée dépendant de l’orbite et de l’attitude du satellite.

Analyse des données : le problème des données manquantes

Des données dans les séries temporelles peuvent être perdues en raison de plusieurs causes : problème de transmission de télémétrie, impact de micrométéorites, saturation de l’instrument suite à des craquements mécaniques. Les données manquantes créent un transfert spectral des hautes fréquences aux fréquences les plus basses, au niveau desquelles on cherche à détecter et mesurer le signal de violation du PEF.