Un accéléromètre quantique envoyé dans l’espace pour mesurer la gravité terrestre

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Le 16 janvier, les Européens se sont lancés dans une course contre la Chine et les Etats-Unis pour être les premiers à disposer d’une technologie originale pour mesurer, depuis l’espace, les déplacements de grandes masses à la surface de la Terre (mousson, fonte de calottes glaciaires, volcans…). De telles observations existent déjà grâce aux satellites Grace (2002-2017), puis Grace Follow-on (lancé en 2018), mais les partenaires européens du projet Carioqa visent une précision dix à cent fois meilleure grâce à une nouvelle façon de mesurer les accélérations de satellites, donc les effets de la gravitation terrestre sur eux.

Aujourd’hui, comme dans les déclencheurs d’airbag ou les téléphones portables (pour passer du mode paysage à portrait par exemple), les accélérations sont mesurées par le déplacement d’une microscopique masse dans un composant, qui cause des différences de tension électrique. Carioqa utilisera des atomes froids comme référence. Le principe fonctionne déjà dans des gravimètres développés par l’entreprise Muquans (propriété du groupe français Exail) et utilisés par des géologues, notamment sur les pentes de l’Etna, en Sicile.

Les atomes, refroidis près du zéro absolu par des lasers et des champs magnétiques au point d’être quasi figés, se comportent comme des ondes plutôt que comme des particules. D’où la qualification de « quantique » pour désigner cette nouvelle génération de capteurs.

Lire comment marche le gravimètre de Muquans  Des atomes froids pour sonder le sous-sol

Cette onde est séparée en deux, puis recombinée dans le but de voir les différences d’accélération subie par les deux parties de l’onde. Dans l’espace, les chercheurs espèrent faire durer cette interférence de deux à cinq secondes, contre une centaine de microsecondes sur Terre, afin d’augmenter la précision de la mesure.

Mise aux normes spatiales nécessaire

Outre Exail, on compte parmi les dix-sept partenaires les agences spatiales française (CNES) et allemande (DLR), l’Office national d’études et de recherches aérospatiales, Airbus ou le laboratoire Systèmes de référence temps-espace de l’Observatoire de Paris. Doté de 17 millions d’euros, le projet doit tester le principe en orbite à l’horizon 2030, avant un système opérationnel, constitué probablement de deux satellites se succédant à 200 kilomètres de distance, vers 2040.

Pour transformer l’appareil de Muquans en accéléromètre prêt à fonctionner dans l’espace, les chercheurs devront rendre plus compact l’ensemble, le mettre aux normes spatiales (résistance aux vibrations, radiations…) et tenir compte du fait que les atomes en orbite ne « tombent » pas dans le satellite, comme sur Terre. L’ensemble pèsera près de 160 kilogrammes.

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