Les accéléromètres atomiques offrent une précision nettement supérieure aux accéléromètres traditionnels, employés notamment dans les smartphones ou à bord des satellites et des navires. Hélas, ils doivent leur fragilité à leur principe même de fonctionnement : ils utilisent des atomes refroidis par laser à une température proche du zéro absolu. Les atomes manifestent alors un comportement ondulatoire, comme les faisceaux lumineux, permettant de réaliser des interféromètres à ondes de matière extrêmement sensibles aux accélérations. C’est cette particularité qu’exploitent les accéléromètres atomiques, mais au prix d’une complexité expérimentale diabolique et d’une extrême sensibilité aux vibrations.

Les faire fonctionner à bord de l’Airbus « A300 ZERO-G » de la société Novespace, qui décrit des paraboles dans le ciel pour reproduire la microgravité, relevait donc de la gageure. Pour y parvenir, l’équipe de chercheurs a inventé une technique inédite en croisant les données issues de l’accéléromètre atomique avec celles d’accéléromètres conventionnels. Cela leur a permis de mesurer l’accélération de l’avion avec une précision plusieurs centaines de fois supérieure aux autres accéléromètres à partir d’un signal pourtant extrêmement bruité en raison des secousses permanentes.

La démonstration de la viabilité de cet accéléromètre atomique en conditions difficiles ouvre la voie à une exploitation commerciale. Le modèle utilisé en vol était volumineux (4 m³), mais les scientifiques du CNRS en ont développé depuis une version transportable, de la taille d’une malle. Commercialisée dès l’an prochain, elle est destinée avant tout aux laboratoires de recherche en géophysique. En effet, toute variation dans la composition de la croûte terrestre se reflète dans le champ de pesanteur local : en cartographiant finement ce champ sur le terrain à l’aide d’un accéléromètre atomique, on pourrait identifier des filons minéraux, surveiller l’activité sismique ou volcanique du sous-sol, contrôler la sécurité de puits de pétrole…

Sur le plan de la recherche fondamentale, l’accéléromètre va servir à tester le principe d’équivalence de la relativité générale, selon laquelle l’accélération de la gravité est la même pour tous les objets. C’est d’ailleurs pour cette raison que les chercheurs ont veillé à rendre leur instrument capable d’encaisser des vols paraboliques, au cours duquel l’appareil se trouve brièvement en microgravité. Le principe d’équivalence sera mis à l’épreuve lors de prochaines expériences en vol, mettant en scène deux accéléromètres atomiques fonctionnant avec des atomes de nature différente. Les scientifiques chercheront ainsi à savoir si les accéléromètres donnent strictement les mêmes résultats. Une réponse affirmative signifierait qu’Einstein avait raison.

Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet ICE (Interféromètre Cohérence dans l’Espace) qui est une collaboration entre :

 le Laboratoire Charles Fabry (Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Université Paris-Sud)

 le Laboratoire Photonique Numérique et Nanosciences (Université Bordeaux 1, Institut d’Optique Graduate School, CNRS)

 le LNE-SYRTE (Observatoire de Paris, CNRS, UPMC, Laboratoire national de métrologie et d’essais)

 l’ONERA, The French Aerospace LabTM

 le CNES, Centre national d’études spatiales

Contacts

 Chercheurs
Philippe Bouyer
Institut d’optique
06 22 96 92 36

Arnaud Landragin
SYRTE(*)
01 40 51 23 92

 Presse CNRS
Julien Guillaume
01 44 96 46 35

 Communication Observatoire de Paris
Sabrina Thiéry
01 40 51 21 55

* Systèmes de Référence Temps-Espace SYRTE est un laboratoire de l’Observatoire de Paris, du CNRS et de l’Université Pierre et Marie Curie