Un gyroscope à spin atomique, intégrable dans une puce

Le GPS est disponible partout dans la vie de tous les jours, mais il ne fonctionne pas sous l'eau ni en intérieur, car ses signaux sont aisément perturbés. En outre, les systèmes de navigation par GPS ne suffisent pas pour les avions, qui utilisent toujours des systèmes de navigation à inertie, avec des interféromètres laser et des gyroscopes mécaniques.

Cependant, l'exactitude des interféromètres classiques diminue à la longue. Le projet AGEN (Atomic gyroscope for enhanced navigation), financé par l'UE, voulait donc faire progresser les gyroscopes utilisés par les systèmes actuels de navigation aérienne. Des gyroscopes basés sur des atomes refroidis à très basse température promettent de suivre avec exactitude la position d'un avion.

Pour atteindre ses objectifs, le projet AGEN a regroupé deux centres de recherche et développement avec une PME innovante. Ces partenaires ont étudié les solutions actuelles de gyroscope à spin atomique et par résonance magnétique nucléaire, pour les comparer aux performances requises.

Dans le cas d'un ensemble d'atomes d'un gaz noble, le spin des noyaux peut être maintenu dans une direction donnée, tout comme le rotor mécanique d'un gyroscope classique conserve la direction de son axe de rotation. Ceci ouvre la possibilité de réaliser un gyroscope à spin atomique. S'il était possible de le rendre très résistant aux chocs et de le réduire pour qu'il soit portable, ce gyroscope à spin atomique pourrait remplacer les techniques actuelles de navigation aérienne.

À la fin de la première année, les chercheurs avaient conçu le modèle théorique pour déterminer les gradients de champ magnétique, qu'il faut contrôler avec précision pour déterminer efficacement le taux de rotation de l'avion à partir de la fréquence de précession détectée. Durant la deuxième année, ils ont déterminé les principaux points de test, et conduit des tests de référence pour évaluer la conception des cellules à gaz produites par micro-fabrication.

La structure du gyroscope à spin atomique est assez simple pour être réalisable via des processus de micro-fabrication. La conception d'un gyroscope s'appuyant sur les progrès récents dans les techniques de fabrication des horloges atomiques et des magnétomètres représente une nouvelle direction de la recherche, qui devrait améliorer la précision de la navigation, dans un futur proche.

Le fait de mieux comprendre le spin des atomes conduira à des gyroscopes qui seront parmi les capteurs les plus sensibles au monde, un rang très difficile à atteindre pour les gyroscopes basés sur des systèmes micro-électromécaniques. Avec le projet AGEN, l'Europe a fait un pas de plus vers une position de leader des gyroscopes à spin atomique.