[Chroniques Scientifiques] Sans Einstein, pas de GPS ?

Rédigé le 12/01/2024

La relativité générale est l’une des théories les plus fascinantes de la science moderne. 
Cette théorie énoncée par Albert Einstein en 1915 nous permet d’expliquer que l’attraction des corps, la fameuse gravité, n’est pas une force abstraite et instantanée comme le pensait Newton (17/18ème siècle) mais qu’elle est due à une courbure de l’espace et du temps dont l’origine est une masse (voir représentation ci-dessous). 



Une analogie qui permet de se représenter ce phénomène est celle d’une boule de bowling que l’on poserait sur un drap suspendu horizontalement :  le drap représente l’espace-temps, et c’est ainsi qu’il se courbe sous l’effet de la masse de la boule de bowling. 
Cela signifie que plus on s’approche d’une masse (la boule de bowling), plus celle-ci courbe l’espace -temps (le drap) et donc plus elle nous attire, et inversement. 
Ainsi, la relativité générale nous permet de mieux expliquer la trajectoire des planètes proches du Soleil que la mécanique classique. En effet, lorsque la force de gravitation est intense, comme c’est le cas entre le Soleil et Mercure, planète la plus proche du Soleil, la courbure importante de l’espace-temps est un des éléments à prendre en compte pour expliquer la trajectoire de Mercure.

La relativité générale s’appuie donc sur la notion d’espace-temps, qui est une notion tout à fait essentielle puisqu’elle admet que le temps et l’espace sont indissociables et que l’un n’existe pas sans l’autre. Plus l’espace est courbé par un astre de masse importante et plus le temps s’écoule lentement pour la personne située à proximité de cet astre.
C’est ainsi que l’on comprend l’exemple le plus extrême, celui du trou noir : un trou noir est un corps qui courbe l’espace et le temps au point que même la lumière ne peut s’en échapper. C’est ce qu’on appelle une singularité. La conséquence est que le temps s’écoule plus lentement pour une personne située à proximité d’un trou noir que pour une personne éloignée du trou noir, c’est la dilatation du temps. Le film Interstellar illustre bien ceci.

Une application directe : le phénomène de dilatation du temps décrit par Einstein a permis d’accroître la précision du GPS. En effet, à une altitude moyenne de 20 000 km, les satellites GPS subissent une attraction gravitationnelle 4 fois moindre qu’au sol, alors leurs horloges ont un décalage de 45 microsecondes par jour. 

Sans la correction quotidienne appliquée grâce à la théorie d’Einstein, les GPS seraient donc imprécis.

Ilias MOKADEM
Edmond BATTEUR


Pour en découvrir davantage : 
https://luth.obspm.fr/~luthier/gourgoulhon/fr/master/relatM2.pdf
https://www.fisica.net/relatividade/stephen_hawking_a_brief_history_of_time.pdf