Mesures physiques
Dispositifs à atomes froids
Mesures inertielles
Au delà des applications dévolues au temps, le département s'intéresse particulièrement aux capteurs inertiels, et donc aux atomes froids qui sont d'excellents candidats pour réaliser des accéléromètres ou des gyromètres de très grande précision.
Principe
Le gravimètre à atomes froids est une répétition moderne de la célèbre expérience de chute libre réalisée par Galilée du haut de la tour de Pise : des atomes de rubidium sont refroidis grâce à un piège magnéto-optique.
Principe de fonctionnement d'un gravimètre à atomes froids
Une fois froids, le piège est éteint et les atomes tombent dans le champ de gravité. Au cours de cette chute, un laser joue tour à tour le rôle d'une séparatrice à atomes ou de miroirs. Ainsi, les atomes se voient offrir deux chemins possibles de parvenir au même but. Il en résulte un phénomène d'interférence et la différence de phase entre les deux chemins est directement proportionnelle à l'accélération de pesanteur g. Ce type de mesure permet de mesurer g avec une précision meilleure que 10-9.
Le projet Girafon :
Gravimètre Interférométrique de Recherche à Atomes Froids ONERA
Le gravimètre Girafon développé à l'Onera est un instrument de laboratoire de grande précision. Il permet actuellement de mesurer le champ de pesanteur avec une sensibilité de 10
-7g et des travaux sont en cours pour améliorer cette sensibilité (réduction du bruit, géométrie… ) afin d’atteindre une précision de 10
-9g.
La principale fonction de ce gravimètre est l'analyse et la validation de concepts, de configurations, de technologies qui permettront à terme la conception de gravimètres à atomes froids embarquables. Des recherches sont donc menées sur ce gravimètre visant par exemple l’isolation aux vibrations, la possibilité de décorréler la mesure de pesanteur des mouvements du porteur, ou la fiabilité sur la durée et en impesanteur.
Modèle CAO du gravimètre Girafon (cliquer pour agrandir)
Dispositif expérimental du gravimètre Girafon (cliquer pour agrandir)
[autre point de vue]
Parmi les expériences effectuées à l’aide du gravimètre Girafon, on peut citer la mesure des phénomènes de marée. Les variations dans le temps de la valeur de g on été mesurées en laboratoire sur le dispositif et comparées à celles calculées à partir de la théorie (forces gravitationnelles de la lune et du soleil).
Courbe de comparaison des valeurs théoriques et expérimentales. g=gmes- 980 883 045 µGal (1 µGal = 1 ng = 10-8 m/s2)
Parallèlement, l'Onera étudie les possibilités d'utiliser ce type d'instrument pour des besoins stratégiques. De plus, les applications civiles potentielles d'un tel instrument sont considérables : géophysique de recherche, prospection minière et pétrolière, détection d'éruption volcanique, etc.
