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Février 2006

Premiers pas du Girafon au printemps, à Palaiseau

Après avoir "goûté" à ses premiers atomes de rubidium au cours de l’automne dernier, le Girafon a fait l’objet de différents réglages. Selon Alexandre Bresson, ingénieur de recherche de l’unité DOP (Diagnostics optiques et plasmas), qui pilote l’équipe chargée du développement du Girafon, les premières expériences de ce Gravimètre Interférométrique de Recherche à Atomes Froids de l’Onera devraient se dérouler au printemps prochain. Précurseur d’un instrument plus ambitieux destiné aux applications embarquées - Girafe ou Gravimètre Interférométrique de Recherche à Atomes Froids Embarquable - ce prototype du Girafon se présente sous la forme d’une chambre à ultra-vide à l’intérieur de laquelle se trouve des atomes de rubidium que les chercheurs de l’Onera vont manipuler à l’aide de lasers acheminés par fibres optiques. "Après avoir mis ces atomes dans l’état quantique souhaité, à la bonne température, il s’agira de les faire tomber dans un tube et de procéder à la mesure de gravité par interférence puis de détecter le résultat dans un petit cube situé en bas de l’instrument", explique Alexandre Bresson.

Le Girafon, une plateforme expérimentale, destinée
à préparer la conception d'appareils de mesure de gravimétrie
embarquables de nouvelle génération.

L’inertie représente un très bon candidat en termes d’applications des atomes froids. Aussi, à terme, l’Onera pourrait-il présenter le prototype embarquable Girafe à la Délégation générale pour l’armement (DGA) afin de réaliser une campagne d’expériences de gravimétrie à bord d’un sous-marin. Autre projet auquel les chercheurs de Palaiseau réfléchissent également : ICE (Interféromètre à sources cohérente pour l’espace). Mené en collaboration avec les chercheurs de l’Institut d’optique théorique et appliquée (IOTA) et ceux du BNM-Syrte de l’Observatoire de Paris, ICE a pour objectif d’embarquer un prototype dérivé de Girafe à bord de l’Airbus Zéro G afin d’effectuer des mesures dans le cadre d’une expérience de physique fondamentale. "Techniquement nous sommes prêts pour commencer à réaliser des expériences dans des environnements aéroportés".

Pour en savoir plus :

• Dispositifs à atomes froids / mesures inertielles (site DMPH)

Exemple d'une belle coopération franco-américaine

En décembre dernier, sur la base de Kirtland de l'U.S Air Force située à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, des ingénieurs de l'Onera et de l'Air Force Research Laboratory (AFRL) ont procédé à des expériences durant cinq jours. Objectif : réaliser les premières comparaisons de deux techniques voisines de thermographie infrarouge développées par ces chercheurs français et américains. Fruit d'une quinzaine d'années d'études et de recherches au sein du Département Mécanique du solide et de l'endommagement (DMSE) de l'Onera, la méthode EMIR (ElectroMagnétique InfraRouge) permet de visualiser dans l'espace l'amplitude d'un champ électrique dans une large gamme de fréquences (de 500 MHz à plus de 20GHz). Elle utilise un dispositif comportant un capteur, constitué d'un film extrêmement mince (25 microns) dont la surface est recouverte d'un dépôt légèrement absorbant, et un récepteur, en l'occurrence une caméra infrarouge. Aussi, quand une onde électromagnétique traverse ce film, ce dernier absorbe une faible quantité de l'énergie électrique, d'où un échauffement du matériau aussitôt détecté par la caméra infrarouge.

Mesure du champ à la sortie d’une antenne cornet
à gauche , avec le film Onera ; à droite avec le film AFRL

"Pour sa part, la méthode américaine consiste à avoir un modèle de l'échauffement d'un film, autrement dit un modèle thermique, celui-ci étant déduit et corrélé à la puissance absorbée par ce film. Il suffit alors de procéder à une sorte d'inversion pour connaître l'énergie électromagnétique qui a été captée par le film. Tous les phénomènes thermiques comme la convection et la conduction entrent en jeu dans ces modèles. En revanche, dans EMIR, ils sont totalement traités comme du bruit parce qu'ils sont évacués par la technique de modulation-démodulation", précise Jean-Philippe Parmantier, ingénieur de recherche et responsable de l'unité "Compatibilité et détection électromagnétique" au sein du Département Electromagnétisme et radar (DEMR). D'où l'idée de réaliser cette première campagne d'essais pour comparer les deux types d'approches mais également utiliser les films américains, conçus par Dupont de Nemours, et dont la technologie est différente de celle des films installés sur EMIR.

Mesure EMIR de l’échauffement avec le film américain

"Ces essais ont confirmé qu'EMIR est une méthode directement opérationnelle pour caractériser les antennes ou pour les diffractions d'objets. Pour sa part, la méthode américaine semble plus propice à une analyse temporelle du fait que l'on observe l'évolution de l'échauffement du film au cours du temps", explique l'ingénieur du DEMR qui tient avant tout à souligner la complémentarité des deux méthodes. "Si l'on appliquait une méthode avec une même caméra et un film qui pourrait être le fruit d'une optimisation entre le film français et celui des Américains, il serait alors possible, à l'aide du même dispositif, de caractériser à la fois l'antenne et le pulse". Parallèlement, cette courte campagne a permis aux équipes de mieux se connaître et se comprendre, même si elles entretiennent des collaborations depuis de nombreuses années. Aussi une seconde campagne du même type est-elle envisagée pour 2006 à l'Onera. "L'idéal serait que nous puissions ensuite, courant 2007, réaliser une campagne plus importante sur un thème plus applicatif", conclut Jean-Philippe Parmantier qui se félicite de cette belle coopération franco-américaine, qui plus est située à la frontière de sujets sensibles comme les MFP (Micro-ondes de Forte Puissance).

Succès des jauges en couches minces de l’Onera

Dans le cadre du Programme de Recherche Concertée "Jauges en couches minces haute température" du PEA (Projet d'étude amont) " Etna", lancé en 2002 et financé par le SPAé (DGA), les trois partenaires Snecma, Turbomeca et Onera ont procédé en novembre dernier à d'ultimes essais de validation. Rappelons que dans ce programme, le Laboratoire Couches Minces de l'Unité de Recherche "Capteurs et Micro Technologies" (CMT), que dirige Patrick Kayser au sein du Département Mesures physiques (DMPH), avait pour mission d'optimiser les procédures d'élaboration de jauges en couches minces et de les déposer sur des aubes de turbine avec l'aide technologique de ces deux partenaires. "Il s'agissait pour nous de fournir durant la dernière année six aubes instrumentées avec des jauges afin de les valider lors d'un essai moteur", résume Patrick Kayser.

Une jauge de déformation haute température
en couche mince développée par l'Onera

Ces essais de validation se sont déroulés en novembre dernier, durant trois jours, dans les locaux de Turbomeca, près de Pau, sur la turbine d'un moteur Arriel 2. Pour la première fois, ces jauges ont supporté des températures de 940°C. Le plus étonnant est que des signaux de mesures exploitables ont pu être récupérés à ces températures, "des signaux au moins aussi bons si ce n'est meilleurs en qualité que les signaux obtenus avec des jauges classiques", précise le responsable du Laboratoire. D'où la possibilité d'accéder à des informations nouvelles en termes de vibrations ou de contraintes au niveau des aubes. Parallèlement, ces essais ont permis de valider la tenue mécanique des systèmes de mesure en couches minces par rapport aux systèmes classiques. "Au terme de ces essais, l'ensemble des capteurs traditionnels (thermocouples et jauges) a été entièrement détruit par la force centrifuge, la température et les accélérations. En revanche, certaines des jauges en couches minces utilisées ont conservé leur intégrité et leur fonctionnalité". Prochaine étape : le programme Imotep qui préfigure l'industrialisation de cette technologie.

Pour en savoir plus sur le sujet :

• Article vision Onera / mai 2005
• Capteurs en couches minces et microtechnologie (site DMPH)

Mise en service du système Graves

Fruit de treize années de travail, le système Graves (Grand Réseau Adapté à la Veille Spatiale) a été officiellement recetté par la DGA/SPAé le 15 décembre dernier à l’issue d’une démonstration de bon fonctionnement qui avait débuté le 20 octobre 2005. Depuis cette date, Graves fonctionne 24 h sur 24 et a démontré sa capacité à créer et à entretenir en autonomie complète une base de données des éléments orbitaux des satellites basés à basse altitude. La fiabilité et les performances de ce système étant totalement conformes aux attentes du client et de l’utilisateur final, c’est-à-dire le Commandement de la Défense Aérienne et des Opérations Aériennes (CDAOA), l’Etat-Major de l’Armée de l’Air (EMAA) a prononcé le 22 décembre dernier la mise en service pour l’exploitation opérationnelle des données de ce radar.

Le site d'émission du radar Graves

Fruit d’une collaboration étroite entre le département Conception et évaluation des performances des systèmes (DCPS) et le département Electromagnétisme et radar (DEMR), Graves est situé en France métropolitaine, avec un site d’émission dans l’Est, son site de réception au Sud-Est, basé sur le Plateau d’Albion, étant distant de 400 km. Constitué de deux sous-systèmes autonomes, un radar qui produit des mesures et un calculateur qui les transforme en un catalogue d’éléments orbitaux, ce système est conçu pour observer jusqu’à 1 000 kilomètres d’altitude. Certes, les données diffusées par Graves ne concerneront qu’une fraction de ce que le système américain peut observer. Cela dit, avec un capteur unique, le système français est capable d’observer presque le quart de la totalité des objets répertoriés par le catalogue américain dont le système est pourtant incroyablement plus riche en capteurs de mesure. « Nous avons sans doute une cohérence de traitement bien supérieure », estime Jacques Bouchard, ingénieur de recherche qui, au sein du DCPS, a conçu et développé les logiciels orbitographiques de Graves.

Pour en savoir plus sur Graves :

• Le radar français de veille spatiale (site DCPS)
• article vision Onera / juillet 2005

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