Interférométrie atomique & Capteurs Inertiels

L'activité Interférométrie Atomique et Capteurs Inertiels du SYRTE - Observatoire de Paris a pour but d’étudier les possibilités de l’interférométrie atomique appliquées aux mesures de grande précision, et notamment à la réalisation de capteurs inertiels de très grande sensibilité. Les interféromètres à atomes utilisent le caractère ondulatoire de la matière. Le principe de la dualité onde corpuscule postule qu’à toute particule massive peut être associée un paquet d’onde (dite onde de de Broglie) qui peut être manipulée de façon similaire aux ondes lumineuses en optique. Par exemple, il est possible de les séparer en deux ou de les faire interférer. Dans ce type d’interféromètre, la séparation spatiale entre deux paquets d’ondes associés à un même atome confère aux interféromètres une sensibilité aux accélérations et aux rotations. Nos expériences utilisent des sources d’atomes refroidis par laser permettant d’utiliser des temps de mesures très longs et donc une plus grande sensibilité. L’un des intérêts de l’interférométrie atomique est de permettre des mesures avec une grande stabilité et une grande exactitude, ce qui est nécessaire pour envisager des applications en navigation inertielle, physique fondamentale ou en géophysique.

Le gyromètre-accéléromètre a démontré la possibilité de mesurer l’ensemble des axes d’inertie (trois composantes de rotation et trois composantes d’accélération) avec le même appareil. La caractérisation de ce premier gyromètre à atomes froids indique déjà des performances comparables à celles des technologies standards (gyromètres optiques et accéléromètres à masses mécaniques). La nouvelle expérience, beaucoup plus sensible, est en cours de montage et permettra de les dépasser notablement.

Le gravimètre atomique est développé dans le cadre du projet de balance du watt du Laboratoire National de Métrologie et d’Essai (LNE). Cet interféromètre a pour but de mesurer la gravité avec une exactitude relative au niveau de une partie par milliard. Les performances déjà démontrées sur des temps courts sont au niveau de l’état de l’art. Les modifications en cours doivent permettre de les dépasser et de tester l’apport des sources atomiques ultra-froides à ce type de capteur.

Le nouveau projet FORCA-G vise à réaliser des mesures d’interactions à faible distance en utilisant des techniques d’interférométrie atomique. Cette expérience permettra de réaliser des mesures précises de gravité à courte distance, à la recherche d’éventuelles déviations aux lois connues. Ce type de violation est lié aux possibles nouvelles interactions de type gravitationnel avec des portées de l’ordre du micron, postulées dans nombreuses théories d’unification. La mesure de ce type d’interactions est une des voies possibles pour l’observation des premiers signaux expérimentaux de la physique nouvelle au-delà du modèle standard.

L’expérience d’Interférométrie Cohérente pour l’Espace (ICE) a pour but de tester le principe d’équivalence de la chute des corps dans l’avion zéro-g CNES. L’expérience consiste en un double interféromètre utilisant simultanément deux espèces atomiques distinctes. Cette expérience est développée en collaboration avec le LCFIO de l’Institut d’Optique et l’ONERA. Pour plus de renseignements sur l’expérience, contacter A. Landragin.

L’expérience BIARO, Condensation de Bose-Einstein et Interférométrie Atomique dans un Résonateur Optique de Grande Finesse, utilise un dispositif compact de piégeage et de manipulation cohérente d’atomes dans des cavités optiques de grande finesse en vue du développement de nouveaux types de senseurs inertiels et de systèmes de détection d’atomes en dessous de la limite standard. Ce projet est développé en collaboration avec l’équipe d’Optique Atomique du le LCFIO de l’Institut d’Optique et a été initié grâce au soutien de l’IFRAF (Institut Francilien pour la Recherche sur les Atomes Froids). Pour plus de renseignements, contacter A. Landragin.

Les travaux théoriques sont réalisés pour développer des outils théoriques à la modélisation des interféromètres atomiques et de l’optique atomique d’une part et de nouveaux concepts d’interféromètres d’autre part. Le cadre théorique de l’optique à 5D s’avère un outil très profond à la fois pour l’analyse des concepts, mais également pour le calcul pratique concernant les futures horloges optiques, les gyro-accéléromètres atomiques et la détection des ondes de gravitation. Pour plus de renseignements, contacter Christian J. Bordé (page personnelle).