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Les atomes froids, source d'applications industrielles

Industrie et  Technologies
La conférence de l'IFRAF a fait le point fin mars sur les futures applications du concept des atomes froids dans différents domaines comme la métrologie ou les ordinateurs de demain.


Créé en octobre 2005 pour une durée de cinq ans et doté de financements régionaux de 10 millions d'euros, l'Institut Francilien de Recherche sur les Atomes Froids (IFRAF) dispose d'un réseau de 33 équipes de recherche. Ces dernières regroupent 72 permanents et 144 doctorants et post-doctorants qui travaillent sur différents sujets. Ainsi, à la recherche fondamentale sur les gaz quantiques s'ajoutent les applications de ce concept à la métrologie, aux technologies spatiales, aux nano-sciences et aux technologies de l'information.

Rappelons que la physique des atomes froids s'est considérablement développée depuis la fondation du groupe "atomes froids" par Claude Cohen-Tannoudji (prix Nobel en 1997) en 1984. Les atomes piégés et refroidis par laser - leur température frise -273°C, le zéro absolu, soit la température négative en dessous de laquelle la matière ne peut pas descendre ! - sont désormais devenus un outil pour de nombreuses équipes de recherche comme celles de l'IFRAF. Le champ d'utilisation des atomes froids s'étend depuis la métrologie et les mesures de haute précision jusqu'à la simulation de systèmes de la matière condensée, avec des recherches portant sur les assemblées d'atomes bosoniques ou fermioniques.

Miniaturiser les senseurs inertiels atomiques

Plusieurs projets illustrent le potentiel industriel de ces recherches qui devront aboutir selon les spécialistes de l'IFRAF, d'ici dix à quinze ans. Le projet Miniatom (Senseurs Inertiels Atomiques Miniatures) par exemple, auquel participent des industriels comme Thales ou IXSEA, a en point de mire des applications de navigation, géophysique, prospections pétrolières...

« L'objectif c'est de réduire la taille des capteurs et la consommation d'énergie pour assurer l'intégration de nouveaux dispositifs dans les systèmes d'interférométrie atomique », explique Baptiste Battelier, chercheur à l'Institut d'Optique de Palaiseau. « Les senseurs inertiels atomiques actuels comportent des systèmes complexes intégrant toutes les technologies (laser, optique, électronique, vide...), mais aucun composant ?standard? n'est disponible en version miniature et intégrée. Il s'agit donc d'appareils ?encombrants? (1 000 litres), lourds (100 kg) et onéreux ».

L'objectif est donc de réaliser une source laser robuste, compacte et transportable, dans un rack 19 pouces pour la fin 2009. Son cahier des charges est le suivant : contrôle de la fréquence avec un désaccord sur une plage de 1 GHz, largeur de raie inférieure au Mhz (10-50 kHz), asservissement ; puissance 50 à 200 mW, 780nm (ou 767 nm) ; deux fréquences séparées de 6,8 GHz (Repompeur ou Raman) ; contrôle et stabilité de la polarisation à 1 %, voire 0,1 % (fluctuation de puissance derrière un polariseur) ; prix de la source : inférieur à 50 000 euros.

« En marge des senseurs inertiels, cette source pourrait également intéresser d'autres équipes de recherche en atomes froids », ajoute le spécialiste.

Fournisseur d'équipements de hautes performances en navigation, positionnement, et imagerie sous-marine, IXSEA participe activement au projet Minatom. « Une des applications potentielles des atomes froids intéresse le marché de l'inertiel haut de gamme (accéléromètres, gyromètres, gravimètres), un secteur qui représente 70 % de notre chiffre d'affaires », explique Thierry Gaiffe, président d'IXSEA. Un marché important pour la société qui développe et fabrique 1 000 gyroscopes à fibre optique par an. Et qui possède un savoir-faire étendu dans l'industrialisation et l'intégration d'instruments en optique fibrée, voir en adaptation d'instruments pour les applications spatiales embarquées (gyroscope à fibre optique, magnétomètre).

Une horloge atomique compacte

Autre projet intéressant, Horace, vise la mise au point d'une horloge compacte à atomes froids pour Galileo (le système européen de navigation par satellite qui sera opérationnel en 2010) et ses applications au sol. « Il s'agit d'un concept novateur », note Noël Dimarcq, directeur du laboratoire Syrte. « Le refroidissement du système est assuré avec un rayonnement laser désordonné et son fonctionnement est séquentiel ». Un développement qui sera assuré en trois étapes sur dix à quinze ans : démonstration de faisabilité du concept au laboratoire, optimisation de la performance et début du transfert vers l'industrie, transfert à l'industrie et expertise.

Noël Dimarcq lance un appel aux industriels qui pourront fournir aux chercheurs les outils qui leur font défaut actuellement. A savoir, des bancs optiques pour le refroidissement laser, des logiciels de modélisation par éléments finis (mécano-thermique, sensibilité aux vibrations), fibres spécifiques (creuses, polarisantes, etc.). Avis donc aux amateurs.

Mirel Scherer

Pour en savoir plus : http://www.ifraf.org

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