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lundi 4 février 2013

Utiliser des atomes froids pour faire des mesures. - SCIencextrA


Utiliser des atomes froids pour faire des mesures.

Entre Philippe Bouyer et les atomes froids, c'est déjà une longue histoire. Ainsi en 1997, quand Claude Cohen-Tannoudji reçoit le prix Nobel de physique pour ses recherches sur le refroidissement et le confinement d'atomes par laser, ce chercheur était alors à l'Université de Stanford où venait d'être conçu le premier gyromètre à onde de matière utilisant des atomes refroidis. "J'ai participé à ces expériences qui ont permis de démontrer, pour la première fois, qu'il était possible de mesurer la rotation de la Terre avec une incroyable précision, de l'ordre du nano-degré par seconde", se rappelle-t-il. Aujourd'hui directeur de recherche au CNRS, celui-ci dirige depuis janvier 2011 le Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (LP2N), une Unité Mixte de Recherche du CNRS, de l'Université de Bordeaux et de l'Institut d'Optique Graduate School. "Nous sommes une nouvelle structure qui associe recherche de pointe, développement technologique, valorisation et enseignement d'ingénieur de haut niveau", précise ce chercheur qui, par ailleurs, est titulaire d'une chaire d'excellence de la région Aquitaine.

μQuanS, une première !

Pour l'essentiel, les recherches de Philippe Bouyer se concentrent sur l'utilisation des atomes refroidis par laser. Ces derniers se déplacent alors très lentement, à des vitesses de quelques centimètres par seconde, leur comportement n'étant plus "classique". On ne peut donc plus décrire ces atomes par des billes matérielles puisque, comme l'avait énoncé le Français Louis de Broglie, prix Nobel de physique en 1929 pour "sa découverte de la nature ondulatoire de l'électron", apparaît un phénomène ondulatoire que l'on appelle "onde de matière", dont la longueur d'onde est d'autant plus grande que ces particules se déplacent lentement. "Depuis maintenant plus d'une quinzaine d'années, nous utilisons des lasers pour manipuler ces ondes de matière, par exemple les couper, un peu comme on manipule des faisceaux lumineux à l'aide d'un réseau de diffraction ou d'un prisme, puis laisser les deux parties de cette onde se propager puis se recombiner et observer alors si l'une de ces parties est allée plus vite que l'autre, un peu comme dans l'effet Sagnac, découvert en 1913, ce qui permet ainsi de mesurer les accélérations et les rotations avec une extrême précision", explique le chercheur bordelais.

Ces travaux très fondamentaux ont conduit les chercheurs à concevoir une nouvelle génération d'instruments que l'on appelle "senseurs inertiels". La start-up μQuanS a été créée pour les développer et les proposer sur le marché. "Mesurer le champ de gravité par exemple pourrait être utile pour surveiller dans la périphérie d'un volcan s'il n'y a pas une nappe de magma extrêmement massive. Cela pourrait permettre ainsi d'identifier le précurseur d'une éruption volcanique", indique Philippe Bouyer. Et celui-ci d'ajouter que le même type d'instrument pourrait être utilisé pour étudier le mouvement des masses d'eau ou surveiller les puits de pétrole afin d'observer la présence ou non d'une masse supplémentaire de pétrole dans une nappe. A plus long terme, on pourrait aussi dresser une cartographie précise du champ de gravité autour d'une zone spécifique et "regarder" ainsi dans le sous-sol afin de découvrir ce qu'il renferme. C'est dans ce contexte que Philippe Bouyer, Arnaud Landragin, responsable de l'équipe "Interférométrie atomique et capteurs inertiels" au sein du Laboratoire "Systèmes de Référence Temps-Espace" (SYRTE) de l'Observatoire de Paris, et Bruno Desruelle, qui après avoir fait sa thèse sur les atomes froids a travaillé dans l'industrie et au sein de la Direction Générale de l'Armement (DGA), ont décidé de créer officiellement cette start-up en avril 2011. Une première mondiale puisque, à ce jour, hormis une entreprise américaine financée par l'US Department of Defense (DoD) pour développer uniquement des instruments à usage militaire, il n'existe pas d'autre entreprise dans le monde ayant pour objectif de commercialiser des instruments de ce type. Après avoir été lauréat au Concours National de Création d'Entreprises Innovantes d'Oséo, la première année dans la catégorie "émergence", et la seconde dans la catégorie "en création", et reçu l'appui du Conseil Régional d'Aquitaine et d'ALPhaNOV, la plate-forme technologique du pôle de compétitivité Route des Lasers , la petite entreprise bordelaise, dont Bruno Desruelle est le Président Directeur Général, compte aujourd'hui 6 personnes. "Construire un instrument, cela nécessite de maîtriser notamment l'ingénierie mécanique, l'électronique, l'ergonomie. C'est la raison pour laquelle nous nous sommes entourés de personnes qui disposent de ces compétences indispensables pour mener à bien l'industrialisation de ces instruments", explique Philippe Bouyer. Dès à présent le système laser du démonstrateur, du premier gravimètre, un "quasi produit", est achevé et l'équipe termine la partie qui renfermera les atomes froids. Par la suite, une horloge atomique extrêmement compacte devrait également voir le jour. "Nous travaillons d'ores et déjà sur un prototype de cet instrument en collaboration avec l'Observatoire de Paris. Une horloge qui devrait concurrencer les modèles actuels, avec le même encombrement mais des performances qui seront sans doute supérieures de deux ou trois ordres de grandeur", s'enthousiasme Philippe Bouyer, d'autant plus que parallèlement aux développements menés au sein de μQuanS, son équipe travaille, toujours avec les mêmes outils que sont notamment les atomes froids, les lasers et les champs magnétiques, à la mise au point d'une solution qui permettrait de simuler le comportement d'objets tels que les semi-conducteurs ou les supraconducteurs. Et là encore, l'aventure ne fait que commencer!


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