Ce projet a eu pour enjeu principal de démontrer la possibilité, pour les interféromètres atomiques, de dépasser les limites actuelles des capteurs inertiels fondés sur des technologies standard (mécaniques et optiques) tout en réduisant drastiquement la complexité expérimentale des systèmes à atomes froids. En effet, comme (et plus encore que) pour les horloges atomiques qui fournissent aujourd’hui le standard de temps et fréquence de la planète, les futurs senseurs inertiels à atomes se doivent d’être compacts, transportables, et de fonctionnement autonome. Ce projet a été réalisé dans le cadre de la collaboration Miniatom avec le laboratoire LP2N (Phillipe Bouyer) et les sociétés IXSEA, KLOE, Thales et III-V Lab.

Parmi l’ensemble des développements réalisés dans le cadre de Miniatom, le SYRTE a en particulier participé a plusieurs résultats scientifiques qui ont porté sur le développement d’un gravimètre compact. La conception de la partie physique du capteur est basée sur un concept original utilisant une pyramide creuse permettant de réaliser l’ensemble des fonctions de l’interféromètre à l’aide d’un seul faisceau laser et conduisant à une simplification drastique de l’expérience, à la fois de l’enceinte à vide et du système laser. La réduction du volume de la « tête » de l’interféromètre est de l’ordre d’un facteur 100 pour atteindre typiquement 2l. Un travail de simplification similaire a été mené sur le banc laser utilisé pour le refroidissement et la manipulation des paquets d’ondes atomiques ainsi sur la référence de fréquence utilisée pour les transitions Raman. Enfin, nous avons démontré l’intérêt d’hybridation entre un accéléromètre à onde de matière et un interféromètre mécanique permettant de s’affranchir de toute plateforme de filtrage des vibrations. Le capteur hybride bénéficie de la stabilité long terme et de l’exactitude du premier et de la large dynamique et bande passante du second. Cette méthode est très prometteuse en vue d’applications en mesures de terrain et en particulier pour la navigation inertielle.

Schéma de principe du gravimètre compact

Les atomes sont piégés dans la pyramide avant de tomber sous l’effet de la gravité. L’interféromètre est alors réalisé à l’aide des faisceaux montant et descendant, rétro-réfléchi par la pyramide.

 J. Lautier, L. Volodimer, T. Hardin, S. Merlet, M. Lours, F. Pereira Dos Santos, and A. Landragin, « Hybridizing matter-wave and classical accelerometers », Applied Physics Letters 105, 144102 (2014).
 J. Lautier, M. Lours, A. Landragin, « A compact micro-wave synthesizer for transportable cold-atom interferometers », Rev. Sci. Instrum. 85, 063114 (2014).
 Q. Bodart, S. Merlet, N. Malossi, F. Pereira dos Santos, P. Bouyer, and A. Landragin, « A cold atom pyramidal gravimeter with a single laser beam », Applied Physics Letters 96, 134101 (2010).