Se positionner avec précision dans l’espace sans avoir recours au GPS est un défi. Pour y parvenir, les avions, sous-marins, missiles et autres fusées embarquent des centrales à inertie, des dispositifs qui assurent une localisation autonome en mesurant les déplacements à partir d’un point de départ. Problème : ces appareils dérivent et leur précision s’érode dans le temps. Pour pallier cela, des chercheurs du CNRS ont développé un capteur quantique à atomes froids afin de créer un système de positionnement réellement autonome.
«Une centrale inertielle est composée de trois accéléromètres et trois gyromètres pour définir la position et l’orientation d’un véhicule dans le temps, pose Baptiste Battelier, ingénieur de recherche au Laboratoire photonique numérique nanosciences (P2N) de l’Institut d’optique, l’université de Bordeaux et du CNRS. En principe, elle pourrait fonctionner toute seule ; mais la dérive des capteurs provoque des erreurs de positionnement qui deviennent rapidement énormes.» Installé dans un avion de ligne, un tel équipement peut ainsi accumuler une dérive de l'ordre de 1 mile nautique (1,85 kilomètre) par heure de navigation.
Utilisation d'atomes froids
Face à ces inexactitudes, la plupart des centrales inertielles sont régulièrement recalées en se connectant à un système de positionnement par satellite, comme le GPS. Mais cela peut s’avérer impossible pour certaines applications, comme dans les sous-marins militaires, qui risqueraient de se faire repérer, ou sous terre, où les signaux satellites ne passent pas.
«Nous proposons une solution intégrant un capteur quantique pour corriger les dérives du système classique», présente en réponse Baptiste Battelier. Développé par les chercheurs, ce capteur se base sur l’étude d’atomes froids – maintenus immobiles par un laser, comme dans l’ordinateur quantique de Pasqal. «Nous créons un nuage d’atomes froids que nous laissons tomber pour en mesurer le déplacement et déduire une accélération, explique le scientifique. Comme les atomes tombent toujours de la même manière, nous savons caractériser l’accélération sans erreur.»
Cette approche beaucoup plus précise ne pourrait-elle pas simplement remplacer les capteurs conventionnels des centrales à inertie? Pas si simple : pour l'instant, ces capteurs quantiques très précis comportent tout de même un défaut de taille. «Nous ne pouvons pas faire de mesure pendant que l’on refroidit les atomes, relate Baptiste Battelier. Ces temps morts nous obligent à continuer d’utiliser les capteurs classiques de la centrale.»
Réalisées chaque seconde environ, les mesures du capteur quantique sont suffisamment rapprochées pour corriger les dérives des accéléromètres conventionnels, qui fonctionnent en continu mais dérivent en une centaine de secondes, estime le chercheur. Les défauts d'un dispositif compensent ainsi ceux de l'autre. Et vice-versa.
«Nos résultats démontrent la correction des accéléromètres sur les trois axes de mesure, c’est une première et une étape essentielle vers la centrale inertielle, assure Baptiste Battelier. La prochaine étape va être de s’attaquer aux rotations en corrigeant les gyromètres de la centrale.» Complexe, ce nouveau défi devrait encore occuper les scientifique quelque temps avant d’aboutir à un système de positionnement réellement autonome.
