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La Lettre
La pureté spectrale et l’étendue optique de la lumière des lasers sont parfaitement contrôlables. Comme
la vitesse de la lumière est imposée, sa longueur d’onde est
ipso facto
parfaitement définie et le faisceau
de lumière devient une règle graduée. Associée au phénomène d’interférences, elle devient un instrument
de mesure universel pour :
● la mesure des longueurs et des distances, soit par interférométrie, soit au moyen d’impulsions
laser courtes (ce qui a été utilisé pour mesurer la distance Terre-Lune). En
1972, la mesure très précise de la fréquence et de la longueur d’onde
d’un laser à Hélium-Néon a permis de déterminer la vitesse de
la lumière avec une incertitude suffisamment faible pour que
la 17
e
Conférence Générale des Poids et Mesures (1983)
redéfinisse le mètre en adoptant une valeur précise pour la
vitesse de la lumière dans le vide : «
Le mètre est la longueur
du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de
1/299 792 458 seconde
»
● la mesure du mouvement par l’effet Doppler, la mesure des champs gravito-inertiels, celle de la
température, etc. ;
● la spectroscopie à ultra-haute résolution et la connaissance extraordinaire qu’elle apporte de la vie
intime des atomes et des molécules ;
● la détection des ondes gravitationnelles : si l’existence d’ondes gravitationnelles analogues aux
ondes lumineuses a déjà été évoquée, nous n’avons pas les « yeux » pour les voir. Elles n’agissent
en effet pratiquement pas sur la structure interne des objets et ne font que déformer l’espace sur
leur passage. La lumière, et spécifiquement l’interféromètre de Michelson, aident à détecter cette
infime déformation de la géométrie : il s’agit de mesurer un changement de longueur des bras de
l’interféromètre inférieure au picomètre (10
-12
m), sachant que ces bras mesurent des kilomètres,
voire des millions de kilomètres pour les projets spatiaux tels que LISA (
Laser Interferometer Space
Antenna
). L’enjeu est considérable pour fonder une nouvelle
astronomie permettant de remonter aux premiers instants
de l’Univers ou d’enregistrer la coalescence des trous
noirs*. Paradoxalement, c’est la lumière qui nous
donne accès à l’invisible !
Lumière et métrologie de pointe
© poliki - Fotolia
© Grpahique réalisé par la NASA
Peu après l’écriture de ces lignes, plusieurs
événements de ce type ont été détectés,
entre septembre et décembre 2015, par les
deux interféromètres Ligo. Les trous noirs
impliqués ont des masses de plusieurs
dizaines de masses solaires et se situent à
une distance de plusieurs centaines de Mpc
(1 pc = 1 parsec ≈ 3,26 années-lumière).
Collaboration Ligo-Virgo, à paraître dans la revue
Physical Review Letters
.
L’interféromètre spatial LISA
*