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L'ONERA et les accéléromètres ultrasensibles

Etudier globalement les courants marins et la fonte de glaces, mesurer le champ de gravité de la Terre, mieux connaître ce qu'il y a sous la croûte terrestre, vérifier les lois les plus fondamentales de la physique, évaluer les variations de position des satellites... Mais comment fait-on tout ça ? Grâce aux accéléromètres ultrasensibles, pardi ! Ces instruments, développés par l'ONERA depuis bientôt cinquante ans, permettent en effet de mesurer les accélérations à partir des mouvements d'un corps en lévitation dans un champ électrostatique.

Au départ, une « fausse bonne idée »

La découverte des accéléromètres est due au hasard... ou plutôt à une bonne intuition : au début des années 1960, des ingénieurs de l'ONERA cherchent un moyen de suspendre les maquettes en soufflerie sans utiliser ni dard ni fil. Ils choisissent de les faire léviter, c'est-à-dire de les sustenter dans un champ électromagnétique. Le volume et la masse des maquettes rendent la lévitation très instable : le projet est abandonné, mais l'idée reste.

Les scientifiques de l'ONERA emprisonnent cette fois une bille dans une petite cage sphérique, et la maintiennent en lévitation par un champ électrique. Les variations d'accélération tendent à faire bouger cette masse, qui se rapproche alors d'une des parois du réceptacle. Un asservissement fait varier le champ électrique, afin de maintenir cette masse centrée. Ce sont ces variations du champ électrique qui fournissent la mesure de l'accélération.

Coeur de l'accéléromètre CACTUS : masse d'épreuve, demi-cages et électrodes

Coeur de l'accéléromètre CACTUS : masse d'épreuve, demi-cages et électrodes

Le développement de cette technologie inédite ne se fait pas attendre : testé en chute libre dans les cages d'escaliers et d'ascenseur de l'ONERA, le premier accéléromètre ultrasensible voit le jour dans les années 70. Le Capteur Accélérométrique Capacitif à Trois axes UltraSensitifs, ou Cactus, est lancé à bord du satellite Castor (D5B) par la fusée Diamant BP4 le 15 mai 1975. La masse d'épreuve est une sphère de diamètre 4cm, en platine rhodié, de masse voisine de 670g, libre de se mouvoir dans une cage sphérique avec un intervalle de l'ordre de 60 µm.

Cactus a pour but de mesurer, à bord d'un véhicule spatial, l'accélération non gravitationnelle due aux efforts de pression exercés à la surface du satellite par le rayonnement (solaire, infrarouge terrestre, albedo) et à l'impact des molécules de gaz contre les parois du véhicule. Cette avancée est capitale à l'époque où la France cherche à réaliser ses premières missions spatiales. Les besoins militaires sont importants, mais Cactus trouve aussi une utilité dans les activités civiles : par exemple, les résultats qu'il donne en aéronomie de la haute atmosphère et sur notre connaissance du champ de gravité terrestre. Plus étonnant, la charge de la bille sous l'action des radiations solaires vient confirmer les résultats théoriques qui mettent en évidence l'anomalie de l'Atlantique Sud (région où la partie interne de la ceinture de Van Allen – ou magnétosphère terrestre - est la plus proche de la surface de la Terre)


L'accélérométrie et vous

Vous avez sûrement chez vous quelques accéléromètres... Eh oui ! Si l'ONERA se concentre sur une technologie de haute performance (à visée spatiale), il ne faut pas oublier que l'accélérométrie a également investi le champ de la vie quotidienne : les airbags, la Wii, les smartphones, mais aussi des bracelets qui détectent les chutes des personnes âgées... Tous ces instruments ne pourraient fonctionner sans la micro-accélérométrie (MEMS, ou Micro Systèmes Electro-Mécaniques). Moins précise, mais aussi moins coûteuse, cette technologie a pu être produite en série et équiper des outils, des plus utiles aux plus gadgets.
 

04.11.2010