Gradiomètre atomique ultrasensible

Le cadre général de l’étude 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.

En particulier, des gradiomètres atomiques avec des sensibilités dans la gamme des mE/Hz^1/2 (1E=10^-9s^-2) sont envisagés, basés sur des architectures d’interféromètres relativement classiques, 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.

Le gradiomètre actuellement en cours de développement au SYRTE combinera 1) des sources atomiques ultra froides obtenues à partir de pièges magnétiques sur puces et 2) l’utilisation de séparatrices multi photoniques. Ces deux éléments clefs seront combinés pour réaliser des interféromètres basés sur des séparatrices multi photoniques de plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de ħk en configuration de fontaine. Pour une durée d’interféromètre de 2T = 500 ms, une séparation de 100 ħk, un temps de cycle de 2 s et un nombre d’atomes de 10⁵ par source, la sensibilité accélérométrique différentielle sera de 1,3.10^-11g en 1 s de mesure pour une détection limité par le bruit de projection quantique. Pour une distance entre les deux sources d’un mètre, la sensibilité correspondante sur la mesure du gradient de gravité est de 126 mE en 1 s de mesure dans le laboratoire.