Contact : Yannick Bidel (yannick.bidel@onera.fr)
Capteurs inertiels à interférométrie atomique
Gravimètre marin et aéroporté
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| Gravimètre GIRAFE installé dans le bâtiment océanographique Beautemps-Beaupré du SHOM (Marine nationale) | Carte de gravité dans la zone de Meriadzec (Atlantique Nord) obtenue avec GIRAFE |
L'ONERA développe depuis une quinzaine d'année un capteur quantique (GIRAFE) capable de réaliser des mesures de gravité depuis un bateau ou un avion. Cette technologie a révolutionné le domaine car c'est la seule à pouvoir fournir des mesures absolues de gravité depuis un porteur mobile et évite ainsi les procédures de calibration et d'estimation de dérives qui peuvent induire des erreurs de mesures et qui augmentent le coût et la durée d'une campagne gravimétrique. Aujourd'hui cette technologie est mature avec des démonstrations marines et aéroportées avec des précisions égales ou meilleures aux gravimètres classiques [1] [2].
Ce gravimètre quantique est actuellement en cours d'industrialisation avec la société iXblue pour équiper la marine nationale de gravimètres quantiques. L'ONERA prépare également la seconde génération de gravimètre quantique embarquable. Le but est de diminuer le poids et le volume de l'instrument afin d'accéder à des porteurs plus petits comme des drones mais également d'améliorer la précision afin d'accéder aux variations temporelles de gravité avec des applications importantes en géophysique (tremblement de terre, volcan, fonte des glaces…).
[1] Y. Bidel et al., Absolute marine gravimetry with matter-wave interferometry, Nature Communications, vol. 9, p. 627, 2018.
[2] Y. Bidel et al., Absolute airborne gravimetry with a cold atom sensor, Journal of Geodesy, vol. 94, n° 2, p. 20, 2020.
Mesure de gravité depuis l'espace
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| Satellites GRACE (NASA, DLR) équipés d'accéléromètres électrostatiques ONERA |
La mesure du champ de gravité depuis l'espace est réalisée avec des satellites équipés d'accéléromètres ultrasensibles. Actuellement, les différentes missions spatiales (CHAMP, GOCE, GRACE, GRACE FO) utilisent des accéléromètres électrostatiques réalisés par l'ONERA. Pour le futur, l'ONERA étudie la possibilité d'associer à l'accéléromètre électrostatique un accéléromètre quantique afin d'améliorer la stabilité long terme. Des études expérimentales et théoriques de l'hybridation entre un accéléromètre électrostatique et quantique sont en cours afin de valider le concept [3] [4].
[3] P. Abrykosov et al., Impact of a novel hybrid accelerometer on satellite gravimetry performance, Advances in Space Research, vol. 63, n° 10, p. 3235 3248, 2019.
[4] N. Zahzam et al., Hybrid Electrostatic–Atomic Accelerometer for Future Space Gravity Missions, Remote Sensing, vol. 14, n° 14, Art. no 14, janv. 2022.
Interférométrie atomique multi-espèce
Afin d'améliorer les performances des capteurs inertiels à interférométrie atomique, l'ONERA développe un capteur manipulant simultanément plusieurs espèces atomiques [5]. Une expérience de démonstration de concept avec deux isotopes de rubidium et du césium est en cours à ce sujet.
[5] A. Bonnin et al., New concepts of inertial measurements with multi-species atom interferometry, Applied Physics B, vol. 124, n° 9, p. 181, 2018.
Centrale inertielle
Une centrale inertielle est un instrument composé de trois accéléromètres et trois gyromètres qui permet de se positionner en l'absence ou en complément du GNSS (Système de positionnement par satellites).
L'ONERA développe une centrale inertielle hybride classique/quantique. L'idée est d'améliorer la stabilité long terme d'une centrale inertielle classique et ainsi la précision de positionnement en calibrant périodiquement les capteurs classiques avec des mesures inertielles issues d'un capteur quantique. Une expérience de démonstration de principe est en cours de développement. Des mesures quantiques d'accélérations suivant l'axe vertical et horizontal ont déjà été démontrées pour calibrer les accéléromètres classiques [6] [7]. Nous travaillons à présent sur les mesures de rotation.
[6] I. Perrin et al., Zero-velocity atom interferometry using a retroreflected frequency-chirped laser, Physical Review A, vol. 100, nᵒ 5, p. 053618, 2019
[7] J. Bernard et al., Atom interferometry using σ+ σ- Raman transitions between F = 1 mF = -1 and F = 2, mF= 1, Phys. Rev. A, vol. 105, n° 3, p. 033318, mars 2022.
Capteur électromagnétique à atomes de Rydberg
L'ONERA développe un capteur de champ électromagnétique basé sur des atomes de Rydberg. L'originalité de notre approche est d'utiliser des atomes froids de Rydberg piégés dans des pinces optiques dans le but d’augmenter la sensibilité, la résolution spatiale ou la résolution fréquentielle. Notre approche devrait également permettre d'utiliser les techniques de métrologie quantique utilisant des états intriqués afin d'améliorer la précision de la mesure. Une expérience de démonstration de principe est en cours de construction.