Tous les corps chutent-ils à la même vitesse dans le vide, quelles que soient leur masse et leur composition, comme le prévoit le principe d'équivalence ? C'est la question que doit trancher l'expérience embarquée à bord du satellite européen Microscope (Microsatellite à traînée compensée pour l'observation du principe d'équivalence), lancé en 2016. La violation de ce principe remettrait en cause les fondements du modèle standard de la cosmologie. Microscope doit porter la sensibilité du test de 10-13 – valeur atteinte par les expériences sur Terre ou par tir laser sur la Lune – à 10-15.
Dans l'espace, l'expérience de Microscope observe la « chute libre » comparée de deux cylindres – composés respectivement de titane et de platine – le long de 120 orbites autour de la Terre, soit une distance de quatre millions de kilomètres ! Dans le satellite en rotation sur lui-même, des forces sont appliquées aux deux cylindres pour les maintenir en équilibre le long de leur orbite autour de la Terre. Le même procédé est appliqué à un dispositif témoin comprenant deux cylindres du même métal. La violation du principe d'équivalence serait démontrée si les forces appliquées sur les cylindres en titane et en platine n'étaient pas identiques, en l'absence de signal différentiel sur le témoin.
Entre autres problèmes, la prise de données peut être interrompue ou perturbée par un incident. Dans ce cas, le signal est forcé à zéro de manière abrupte. Cela a pour effet d'augmenter le niveau de bruit dans l'analyse spectrale, précisément là où le signal différentiel est attendu. Pour atténuer cet effet, une méthode d'interpolation des données (inpainting-MCA) développée pour l'astronomie a été adaptée au bruit « coloré » (variant avec la fréquence) des instruments de Microscope. Elle se révèle très efficace pour réduire le bruit à la fréquence ciblée.
De cette manière, un dixième des données a été traité et une sensibilité dix fois supérieure aux expériences précédentes (10-14) a été obtenue. Un gain supplémentaire d'un facteur dix est attendu quand toutes les données auront été traitées.
La mission Microscope, financée et pilotée par le Cnes, a été conçue par l'Onera (Office national d'études et de recherches aérospatiales) en collaboration avec l'Observatoire de la Côte d'Azur, le Cnes et l'Université de Brême (Allemagne).
Au-delà de Microscope, les algorithmes d'Inpainting-MCA seront appliqués aux données d'Euclid, consacré à l'énergie sombre de l'Univers (lancement prévu en 2022) et pourraient l'être également à celles de Lisa (Laser Interferometer Space Antenna), qui observera les ondes gravitationnelles à partir de 2032.