4 décembre 2023
Le contexte de ce projet est celui de l’exploitation des techniques d’interférométrie atomique pour la mesure du champ de pesanteur terrestre depuis des satellites en orbite. L’utilisation de tels capteurs dans l’espace permettra d’augmenter drastiquement la durée de l’interféromètre par rapport aux conditions d’opération sur Terre. Étendre la durée de l’interféromètre dans la gamme des secondes permettra d’atteindre des sensibilités intrinsèques inatteignables sur Terre, et offre en particulier la possibilité de réaliser des mesures de gravité avec une résolution meilleure que les précédentes missions de cartographie du champ de pesanteur terrestre.
Notre équipe a participé ces dernières années à plusieurs études de missions spatiales de mesure du champ de pesanteur en orbite basées sur l’utilisation de capteurs inertiels atomiques. Plusieurs architectures de mission ont été considérées :
des gradiomètres atomiques embarqués avec des sensibilités dans la gamme des mE/Hz1/2 (1E=10-9s-2) dans le cadre d’une étude menée pour le compte de l’ESA. Les capteurs étaient basés sur une architecture d’interféromètre relativement classique, dont les performances en termes de taux de cycle et de taux de préparation d’atomes ultra froids seront cependant poussées à l’extrême. De telles sensibilités permettraient d’atteindre une meilleure résolution sur la mesure du gradient de gravité que les précédentes missions satellitaires du champ de pesanteur telle que la mission GOCE, qui utilisait elle aussi des gradiomètres, mais électrostatiques, et ce dans toutes les bandes spectrales, et plus particulièrement pour des fréquences de Fourier inférieures à la dizaine de mHz.
des accéléromètres embarqués dans une paire de satellites reliées par un lien laser, à l’instar des missions GRACE et GRACE-FollowON dans le cadre de l’étude de Phase 0 GRICE, menée par le CNES.
Nous avons aussi participé à l’étude de Phase 0 CARIOQA, pilotée par le CNES et la DLR, dont l’objectif était de réaliser un design préliminaire d’un accéléromètre atomique pour une mission de démonstration.
Publications
T. Lévèque, C. Fallet, J. Lefebve, A. Piquereau, A. Gauguet, B. Battelier, P. Bouyer, N. Gaaloul, M. Lachmann, B. Piest, E. Rasel, J. Müller, C. Schubert, Q. Beaufils, F. Pereira Dos Santos
"CARIOQA : Definition of a Quantum Pathfinder Mission"
Proceedings of International Conference on Space Optics (ICSO) 2022
T. Lévèque, C. Fallet, M. Mandea, R. Biancale, J. M. Lemoine, S. Tardivel, S. Delavault, A. Piquereau, S. Bourgogne, F. Pereira Dos Santos, B. Battelier, Ph. Bouyer
"Gravity Field Mapping Using Laser-Coupled Quantum Accelerometers in Space"
Journal of Geodesy 95, 15 (2021)
R. Caldani, S. Merlet, F. Pereira dos Santos, G. Stern, A.-S. Martin, B. Desruelle, V. Ménoret
"A prototype industrial laser system for cold atom inertial sensing in space"
Eur. Phys. J. D 73, 248 (2019)
A. Trimeche, B. Battelier, D. Becker, A. Bertoldi, P. Bouyer, C. Braxmaier, E. Charron, R. Corgier, M. Cornelius, K. Douch, N. Gaaloul, S. Herrmann, J. Müller, E. Rasel, C. Schubert, H. Wu, F. Pereira dos Santos
"Concept study and preliminary design of a cold atom interferometer for space gravity gradiometry"
Classical and Quantum Gravity 36, 215004 (2019)
T. Lévèque, C. Fallet, M. Mandea, R. Biancale, J. M. Lemoine, S. Tardivel, M. Delpech, G. Ramillien, I. Panet, S. Bourgogne, F. Pereira Dos Santos, Ph. Bouyer
"Correlated atom accelerometers for mapping the Earth gravity field from Space
Proceedings Volume 11180, International Conference on Space Optics-ICSO 2018, 111800W (2019)
K. Douch, H. Wu, C. Schubert, J. Müller, F. Pereira dos Santos
"Simulation-based evaluation of a cold atom interferometry gradiometer concept for gravity field recovery"
Advances in Space Research 61, 1307-1323 (2018)
A. Landragin, and F. Pereira Dos Santos
"Accelerometer using atomic waves for space applications"
In Atom Optics and Space Physics, Proceedings of the Enrico Fermi International School of Physics “Enrico Fermi,” Course CLXVIII, Varenna, 2007, edited by E. Arimondo, W. Ertmer, E. M. Rasel, and W. P. Schleich (IOS press) p337-350, arXiv:0808.3837v1 (2009)
P. Bouyer, F. Pereira Dos Santos, A. Landragin et Ch. J. Bordé
"Atom Interferometric Inertial Sensors for Space Applications"
In "Lasers, Clocks, and Drag Free : Exploration of Relativistic Gravity in Space", ed. by H. Dittus, C. Lämmerrzahl and S. Turyshev, Springer 2007, 297. (2007)