Objectif

Dans le projet de balance de Kibble (anciennement balance du watt), g doit être déterminé au centre de la masse impliquée dans la mesure. Il est donc nécessaire de transférer la valeur absolue de g donnée par le gravimètre atomique à la position de cette masse. Pour assurer ce transfert, nous caractérisons les variations de gravité dans les deux salles voisines dans lesquelles sont disposées les deux expériences.

Laboratoires

Deux massifs en béton identiques (6 m × 5,5 m × 2 m) ont été construits dans ces salles spécialement conçues pour la métrologie. Ils sont ancrés dans des couches stables du sous-sol (sables de Fontainebleau) par des pieds de 12 m de long. Cette structure permet de garantir la stabilité des expériences et agit comme un filtre passe-bas pour les vibrations.

Laboratoires Salles et massifs de la balance du watt (BW) et de gravimétrie (GR). Les points noirs sont destinés à accueillir d’autres gravimètres absolus que le gravimètre atomique pour effectuer des comparaisons.

Spectres de bruit de vibration Spectre du bruit d’accélération mesuré sur le massif (en bleu) et à côté du massif (en noir). Le bruit de vibration est réduit sur le massif pour les fréquences supérieures à 20 Hz. Le spectre en rouge représente le bruit sur le massif la nuit.

Cartographie

Sur ces massifs, nous avons réalisé une cartographie de la gravité en 3 dimensions à l’aide d’un gravimètre relatif Scintrex CG-5. Basée sur cette cartographie, nous avons développé un modèle du champ de gravité local permettant de connaître les différences de gravité entre les différents points des deux salles avec une incertitude de 3 µGal (1 µGal = 10^-8 m.s^-2).

Modèle horizontal de gravité

Différences de gravité sur les massifs, relativement au pont central du massif dédié à la gravimétrie (GR), calculé à 52 cm du sol.

Suivi de la gravité sur le site

Le suivi de la stabilité du site est réalisé régulièrement en remesurant les écarts de gravité entres les points non occupés du laboratoire ainsi qu’à l’aide des mesures continues d’un second gravimètre relatif mis en place en 2013. Ce dernier instrument est un gravimètre supraconducteur iGrav. Il a été étalonné par le gravimètre atomique. Sa faible dérive (<2 µGal/an) permet de plus de vérifier le bon fonctionnement du gravimètre atomique, notamment entre deux déplacements, et de s’affranchir des modèles de variations de gravité pour l’étude du gravimètre absolu. Il permet enfin de délivrer un signal continu, référencé par l’absolu, aux mesures de la constante de Planck réalisées avec la balance du watt.

Salle de gravimétrie et ses instruments Gravimètres du LNE-SYRTE sur le massif GR. Premier plan : CG5, second plan : gravimètre atomique, au fond : gravimètre supraconducteur iGrav.

Etalonnage du facteur d’échelle du gravimètre supraconducteur iGrav Le signal du gravimètre supraconducteur est en rouge, il est ici déjà transformé en µGal, celui du CAG est en noir. La différence des deux signaux est représentée en gris.

Signal continu pour la détermination de la constante de Planck

La dernière détermination de la constante de Planck avec la balance de Kibble du LNE a eu lieu au printemps 2017 (M. Thomas et al. Metrologia 54 (2017) 468-480). Ce résultat a été pris en compte lors de la révision du SI et notamment du kilogramme, qui a eu lieu en 2018.

Variations de {g} autour de sa valeur moyenne durant la détermination de la constante de Planck avec la balance de Kibble du LNE au printemps 2017

La session de mesure de la constante de Planck est encadrée par les repères verts, le signal de l’iGrav (noir) est étalonné par le signal du CAG (rouge). Le résidu du signal de l’iGrav est représentée en bleu

Publications

 M. Thomas, D. Ziane, P. Pinot, R. Karcher, A. Imanaliev, F. Pereira Dos Santos, S. Merlet, F. Piquemal and P. Espel
"A determination of the Planck constant using the LNE Kibble balance in air"
Metrologia 54, 468 (2017)

 M. Thomas, P. Espel, D. Ziane, P. Pinot, P. Juncar, F. Pereira Dos Santos, S. Merlet, F. Piquemal and G. Genevès,
"First determination of the Planck constant using the LNE watt balance"
Metrologia 52, 433-443 (2015)

 S. Merlet, P. Gillot, T. Farah, Q. Bodart, J. Le Gouët, P. Cheinet, C. Guerlin, A. Louchet-Chauvet, N. Malossi, A. Kopaev, O. Francis, G. d’Agostino, M. Diament, G. Genevès, A. Clairon, A. Landragin et F. Pereira dos Santos
"Détermination de l’accélération de la pesanteur pour la balance du watt du LNE"
Revue Française de Métrologie 36, 11-27 (2014)

 Z. Jiang, et al.
"On the gravimetric contribution to the redefinition of the kilogram"
Metrologia 50, 452-471 (2013)

 O. Francis, et al.
"The European Comparison of Absolute Gravimeters 2011 (ECAG-2011) in Walferdange, Luxembourg : results and recommendations"
Metrologia 50, 257-268 (2013)

 Z. Jiang, et al.
"The 8th International Comparison of Absolute Gravimeters 2009 : the first Key Comparison (CCM.G-K1) in the field of absolute gravimetry"
Metrologia 49, 666-684 (2012)

 Z. Jiang, V. Pálinkás, O. Francis, P. Jousset, J. Mäkinen, S. Merlet, M. Becker, A. Coulomb, K. U. Kessler-Schulz, H. R. Schulz, Ch. Rothleitner, L. Tisserand and D. Lequin
"Relative Gravity Measurement Campaign during the 8th International Comparison of Absolute Gravimeters (2009)"
Metrologia 49, 95-107 (2012)

 G. D’Agostino,S. Merlet, A. Landragin and F. Pereira Dos Santos
"Perturbations of the local gravity field due to mass distribution on precise measuring instruments : a numerical method applied to a cold atom gravimeter"
Metrologia 48, 299-305 (2011)

 S. Merlet, A. Kopaev, M. Diament, G. Geneves, A. Landragin et F. Pereira Dos Santos
"Micro-gravity investigations for the LNE watt balance project"
Metrologia 45, 265, (2008)

 G. Genevès, P. Gournay, A. Gosset, M. Lecollinet, F. Villar, P. Pinot, P. Juncar, A. Clairon, A. Landragin, D. Holleville, F. Pereira Dos Santos, J. David, M. Besbes, F. Alves, Luc Chassagne and S. Topçu
"The BNM Watt Balance Project"
IEEE transaction on Instrumentation and Measurement 54, 850-853, (2005)
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