Projet ANR-13-ASTR-0031 – OnACIS : Senseur Inertiel sur Puce à Atomes
Programme : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur GARRIDO ALZAR Carlos (Systèmes de Référence Temps Espace - Observatoire de Paris)
Partenaires : Systèmes de Reference Temps-Espace; THALES
Montant : 292346.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Senseur Inertiel sur Puce à Atomes
Mots clés: Interférométrie atomique; capteurs inertiels; atomes froids; puce à atomes
Partenaires: Systèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE), Thales Research&Technology France (TRT)
Montant d'aide demandé: 300 000€
Début et de fin du projet: 2014 - 2017
L’objectif central de ce projet est de s'attaquer aux limites de la détection inertielle en utilisant des interféromètres atomiques compacts basés sur la manipulation d'atomes froids sur des puces à atomes. Ce travail se concentre essentiellement sur le développement et la caractérisation d'interféromètres à ondes de matière sur puce à atomes destinés aux mesures d'accélérations et de rotations. Comparés aux interféromètres à l'état de l'art, qui utilisent en général des atomes en chute libre, les capteurs inertiels sur puce à atomes peuvent être plus compacts, tout en gardant potentiellement un haut niveau de performance grâce aux atomes froids. A long terme, ce projet vise la réalisation d'une unité de mesure inertielle compacte de haute performance basée sur une puce à atomes hybridée avec des capteurs microélectromécaniques (MEMS) afin d'obtenir une bande passante plus importante. Une telle possibilité d'hybridation sera considérée dès le début de ce projet (aussi bien au niveau matériel qu'au niveau logiciel) via une coopération avec des experts de Thales Avionics.
Une telle unité de mesure inertielle compacte peut trouver des applications dans des différents systèmes militaires typiquement basés sur les Global Navigation Satellite Systems quand ces derniers sont indisponibles (défaillance technique, canyon urbain, brouillage intentionnel,...). Une autre application possible est la navigation inertielle, la corrélation de terrain avec mesure de gravité et autres applications scientifiques, en particulier dans la géophysique.
Le noyau scientifique de ce projet est l'étude et l'implémentation de séparatrices cohérentes, ainsi que l'identification de différentes sources de décohérence dans un interféromètre sur puce à atomes indépendamment de la nature de la source, technique ou physique. En particulier, nous étudierons deux voies prometteuses  pour la réalisation de séparatrices sur une puce à atomes, une dans le domaine de radio fréquences destinée à la manipulation du degré de liberté externe des atomes guidés dans un guide magnétique à onde de matière, l'autre dans le domaine des hyperfréquences pour la manipulation des degrés de liberté externe et interne des atomes piégés. Du point de vue technologique, deux matériaux différents seront employés pour la fabrication de puces à atomes  (SiC et AlN) et ceux-ci seront comparés en termes d'adéquation  pour la fabrication de capteurs inertiels. Nous étudierons de façon extensive les problèmes techniques à l'origine de la décohérence dans les puces à atomes, tels que la rugosité du guide magnétique dans le cas d'un interféromètre à atomes guidés, et le bruit des courants responsable de fluctuations de la fréquence de piégeage dans le cas d'un interféromètre à atomes piégés. Du point de vue de la physique, nous aborderons les questions sur l'utilisation des atomes thermiques refroidis à une température sub-Doppler et des atomes d'un condensat de Bose-Einstein, la décohérence produite par des interactions entre atomes, et le rôle de corrélations entre atomes.
A la fin de ce projet, nous projetons d'établir une feuille de route technologique pour le développement industriel de capteurs inertiels basés sur l'hybridation de puces à atomes et de systèmes microélectromécaniques, ce qui représente une rupture technologique dans le domaine de l'interférométrie atomique.