Mesures physiques

Accélérométrie ultra-sensible et projets spatiaux
Principe de l'accéléromètre électrostatique

Les accéléromètres électrostatiques, basés sur le savoir faire unique démontré depuis des années à l'Onera, constituent le coeur instrumental de plusieurs missions spatiales dédiées à la géodésie, parmi lesquelles Goce a été lancé le 17 mars  2009 par l’ESA, ou à la physique fondamentale comme Microscope dédiée au test du principe d’équivalence dans l’espace.

Principe de fonctionnement.

Le principe de base des accéléromètres est de fournir la mesure des forces non gravitationnelles agissant sur le véhicule, par mesure capacitive du mouvement relatif de la masse d’épreuve (protégée de ces forces par la cage) et de sa cage (liée au véhicule). Les accéléromètres fabriqués pour les missions déjà sélectionnées atteignent des résolutions de l’ordre de 10^-12 m/s²/Hz^1/2. Ils peuvent aussi être utilisés pour compenser ces forces non gravitationnelles et fabriquer ainsi un environnement inertiel quasi-parfait .

Les accéléromètres tri-axiaux développés à l’Onera sont basés sur la lévitation électrostatique d’une masse inertielle, placée au centre d’une cage porte-électrodes et découplée mécaniquement de celle-ci. Six boucles d’asservissement permettent de maintenir la masse inertielle immobile au centre de la cage. La mesure des tensions électrostatiques générées par ces boucles correspond à la valeur des accélérations linéaires et angulaires subies par la masse d’épreuve. Ces accélérations compensent celles exercées sur le véhicule, auquel la cage est solidaire, par les forces de surfaces, non gravitationnelles (traînée atmosphérique, pression de radiation,…) qui sont ainsi mesurées.

Vue éclatée du cœur accélérométrique montrant la masse d’épreuve au centre de la cage porte-électrode constituée de 3 plaques en ULE doré.

Principes d’applications.

L'accéléromètre peut être utilisé pour déterminer le champ de gravité de la Terre ou d'une planète en mesurant les forces non gravitationnelles subies par le satellite pour discriminer précisément leur influence de celle des effets proprement gravitationnels..

Embarqué sur une sonde interplanétaire, il permet de vérifier si la sonde suit la trajectoire géodésique attendue, et, si ce n’est pas le cas, de mesurer directement l’écart à cette géodésique. Cela permet, par exemple, de tester la loi de la gravitation à grande échelle.