Brevet FR3063547A1 — publié le 20180907

MAGNÉTOMÈTRE À POMPAGE OPTIQUE ISOTROPE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui des magnétomètres scalaires à pompage optique présentant des caractéristiques anisotropes en ce sens que l'amplitude des signaux de résonance magnétique utilisés pour mesurer le champ magnétique ambiant É dépend des orientations relatives entre l'axe de propagation ic du faisceau du laser pompe, la direction du champ magnétique ambiant É, l'orientation de la polarisation du faisceau laser pompe É et également l'orientation d'un champ RF BRF quand ce principe d'excitation de la résonance magnétique est choisi dans la mise en oeuvre instrumentale. Dans ce cadre, l'invention concerne conjointement le pilotage de l'orientation 0 poi de la polarisation É dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau optique ic, le pilotage de l'orientation 0 RF dans ce même plan orthogonal du champ BRF d'excitation de la résonance magnétique lorsque celui-ci est utilisé, et la gestion de zones d'indétermination dans le pilotage de ces orientations relatives. La mise en oeuvre combinée de ces différents éléments permet de réaliser un magnétomètre isotrope quelle que soit l'orientation du champ magnétique ambiant É dans le repère du magnétomètre. L'invention s'avère notamment avantageuse pour des magnétomètres embarqués, par exemple dans des applications spatiales ou/et aéroportées. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un magnétomètre à pompage optique est qualifié d'isotrope lorsque les conditions de la détection de la résonance ne dépendent pas de l'orientation relative du magnétomètre par rapport au champ magnétique ambiant É. Pour assurer un fonctionnement isotrope, il est nécessaire de piloter l'orientation de la polarisation du faisceau pompe É par rapport à la direction du champ 3063547 2 magnétique ambiant É ainsi que de piloter l'orientation du champ RF BRF quand ce principe d'excitation de la résonance magnétique est choisi dans la mise en oeuvre instrumentale. De tels pilotages peuvent être réalisés à l'aide d'un ensemble {rotor + polariseur + bobines RF + moteur} dans une structure de magnétomètre bi-bloc 5 comprenant un rotor et un stator, ou à l'aide d'éléments tels qu'un rotateur de polarisation à cristal liquide couplé à plusieurs jeux de bobines RF dans une structure de magnétomètre monobloc ne comprenant aucun élément mobile. On trouvera un exemple de cette dernière structure dans le brevet EP 2 795 354 B1. Plus particulièrement, le fonctionnement isotrope du magnétomètre est 10 classiquement obtenu en asservissant à la fois l'orientation relative Of entre É et É à un angle constant de 90 ° et l'orientation relative entre BRF et É et à un angle constant de 90° également (dans ce cas É et BRF sont alignés). On fait pour cela tourner l'angle Opoi de la polarisation É et l'angle ORF du champ RF BRF dans le plan orthogonal au trajet optique, comme cela est représenté sur la figure 1 pour le cas particulier d'un 15 magnétomètre dont la résonance est excitée par un signal RF. La position Of = 90° permet de maximiser le signal de résonance magnétique utilisé pour la mesure de champ magnétique, typiquement le signal de résonance « LAO » ou « LA2 » (respectivement la composante continue du signal de résonance à la fréquence de Larmor, et la composante à une fréquence double de la 20 fréquence de Larmor de ce signal). Comme cela est détaillé sur la figure 2 pour le cas du signal LAO (en trait épais), le niveau de signal NS (unité arbitraire) est effectivement maximal pour Of = 90°. L'asservissement de Of à 90° par le pilotage de l'angle de la polarisation Opoi est réalisé en utilisant le signal de résonance magnétique « LA1Q » (en trait fin sur la figure 2) comme signal d'erreur. Ce signal LA1Q, correspondant à la 25 composante en quadrature du signal de résonance à la fréquence de Larmor, est toujours nul lorsque Of vaut 90° et est antisymétrique dans une fenêtre de +/- 15° autour de cette valeur. L'asservissement de Of à 90° pour le pilotage de l'angle du champ RF ORF quand ce dernier est utilisé pour excité la résonance peut être réalisé de plusieurs 3063547 3 manières. Pour une structure de magnétomètre bi-bloc, cela est réalisé par construction en alignant sur le rotor les axes de la polarisation É et du champ RF BRF, l'asservissement réalisé sur Opoi à l'aide du signal L1AQ permettant de garantir également celui de ORF. Pour une structure de magnétomètre monobloc, le pilotage de ORF est physiquement 5 découplé de celui de Opoi, et il est alors généralement réalisé à partir de la connaissance de la valeur de Cette dernière est connue au travers d'une caractérisation a priori du système de pilotage de la polarisation (une table de correspondance par exemple entre tension RMS de pilotage et angle de polarisation d'un rotateur de rotation de polarisation à base par exemple de cristaux liquides). Il suffit alors d'aligner le champ RF à l'aide d'un 10 dispositif de bobines pour maintenir en permanence ORF = °pol. En pratique deux orientations de Opoi (respectivement de ORF) et donc de É (respectivement de BRF) dans le plan de rotation de la polarisation sont possibles (en tout cas lorsque É n'est pas parallèle à ic, car alors toutes les valeurs de Opoi, respectivement de °RF, sont correctes). Of n'est en effet formellement défini que sur [0°- 15 180°] alors que Opoi (respectivement ORF) est pilotable sur 360°. Ainsi comme représenté sur la figure 3, une extension formelle de Of sur [0°-360°] par symétrie autour de 180° crée deux points d'asservissement possibles °poil et Opoi2 = °poll +180° (respectivement °RF1 et °RF2 = 0RF1+180°, avec finalement ORF1 = - 0 poil et °RF2 = 01)012) chacun associé à une fenêtre de +/- 15° où l'évolution du signal LA1Q est linéaire avec une pente 20 respectivement négative et positive. Au cours du démarrage du magnétomètre, celui-ci est asservi de manière aléatoire sur l'un des deux points de fonctionnement possibles °poil (ORF1) ou °pol2 (BRF2), tous deux correspondant à la configuration Of = 90° assurant le fonctionnement isotrope. La seule différence réside dans la détermination du signe de la 25 pente locale du signal LA1Q qui permet d'orienter correctement le sens de la rotation à réaliser sur la polarisation et le champ RF afin de minimiser le signal d'erreur LA1Q dans la boucle d'asservissement de Of à 90°. Néanmoins, plusieurs inconvénients et limitations liés aux architectures et aux principes de fonctionnement susmentionnés peuvent être identifiés. 3063547 4 Dans une architecture monobloc, toute dérive non mesurable in situ et non corrigeable des caractéristiques du système permettant de faire tourner la polarisation peut dégrader les performances voire empêcher le fonctionnement isotrope de l'instrument. Ainsi dans un schéma d'instrument monobloc utilisant un signal RF pour 5 exciter la résonance magnétique, toute dérive de la connaissance absolue de Opoi entraine directement un défaut d'alignement sur ORF . La polarisation É et le champ RF BRF se désalignent, ce qui entraine une baisse des niveaux de résonance mesurés, pouvant aller jusqu'à un défaut d'opérabilité de l'instrument. De plus les systèmes de rotation de polarisation monolithiques sont limités en amplitude de rotation ce qui peut 10 nécessiter d'opérer des retournements de 180° pour assurer la continuité du fonctionnement de l'instrument quelle que soit l'orientation du champ É dans le repère du capteur. Il faut alors basculer du point de fonctionnement °poil vers Opoi2 ou réciproquement. Ce basculement est opéré sur la connaissance a priori ou par une caractérisation au préalable des performances du système de rotation, si bien que toute 15 variation non corrigée peut alors entrainer un retournement supérieur ou inférieur à 180°, ce qui réduit alors la zone de validité pour le bon fonctionnement de l'asservissement angulaire. Dans le pire des cas, l'asservissement peut être perdu lors de la phase de retournement ce qui nécessite alors de redémarrer l'instrument. Dans tous les cas, un démarrage du magnétomètre réalisé alors que le 20 champ magnétique É est aligné ou proche de l'axe optique ic est problématique car le signal LA1Q est alors quasi nul pour toutes les valeurs de Opoi et ORF (toutes les valeurs de Opoi et ORF sont possibles en théorie). Il est alors virtuellement impossible de déterminer le signe de la pente du signal LA1Q en fonction de Opoi et °RF, et lorsque le champ É s'écarte progressivement de la direction de k l'asservissement de Opoi et de ORF 25 peut alors diverger si ce signe a été mal déterminé. Une telle divergence entraine un défaut d'opérabilité du magnétomètre car l'asservissement va piloter la polarisation É et le champ RF BRF hors de la zone de fonctionnement, directement vers une zone d'ombre de signal LAO ou LA2. Il est alors nécessaire de lancer une nouvelle procédure de démarrage du magnétomètre. 3063547 5 De manière similaire, à chaque fois que l'orientation du champ É s'approche de celle de ic, il est difficile voire impossible de maintenir l'asservissement de Opoi (et donc de ORF) avec un signal LA1Q quasi ou complétement nul. Il est alors possible lorsque É s'écarte à nouveau de ic que l'orientation théorique de Opoi (et donc de ORF) ait 5 varié significativement et que cette variation soit telle que l'on soit sorti de la zone de fonctionnement de l'asservissement de Opoi (et de ORF). Là encore, il est nécessaire de redémarrer le magnétomètre. Enfin, dans certaines architectures et modes de fonctionnement, aucun signal de résonance magnétique de type « LA1Q » n'est intrinsèquement utilisable pour 10 asservir la polarisation du faisceau et réaliser ainsi un magnétomètre isotrope. C'est le cas en général des magnétomètres dit « tout-optique » où la résonance magnétique est excitée non pas de manière magnétique par un champ RF mais à l'aide d'une modulation d'intensité ou de longueur d'onde du faisceau optique. Pour résoudre en partie ce problème, il est possible (comme cela est par exemple proposé dans l'article de T. Wu et 15 al., «A dead-zone free 4He atomic magnetometer with intensity-modulated linearly polarized light and a liquid crystal polarization rotator », Review of Scientific Instruments 86/10, 2015) de moduler la polarisation du faisceau optique, ce qui permet de générer artificiellement un signal de d'asservissement de Of à 90°. Néanmoins on retrouve les mêmes limitations que celles mentionnées précédemment s'agissant de l'extrême 20 sensibilité ou de l'indétermination de mise en oeuvre lorsque le champ É est aligné ou proche de la direction de propagation du faisceau optique ic car dans ce cas aussi le signal d'erreur utilisé pour asservir Of à 90° s'annule quelle que soit la valeur de Opoi. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est de répondre à l'un et/ou l'autre des 25 inconvénients susmentionnés, notamment en ce qu'ils ont trait à la difficulté d'asservir correctement Of à 90° et donc d'assurer le fonctionnement isotrope du magnétomètre, lorsque d'une part les caractéristiques de pilotage du système de rotation de la 3063547 6 polarisation viennent à dériver et d'autre part lorsque le champ magnétique É vient à être proche de la direction de propagation du faisceau optique ic. A cet effet, l'invention propose un procédé de mesure d'un champ magnétique ambiant à l'aide d'un magnétomètre scalaire. Le magnétomètre comprend : 5 - une source de pompage optique apte à émettre un faisceau laser en direction d'une cellule remplie d'un gaz selon une direction de propagation, - un rotateur de polarisation apte à faire tourner la direction de polarisation du faisceau laser en étant piloté par une consigne d'orientation de polarisation, une source d'excitation de résonance magnétique, 10 un photodétecteur recevant le faisceau laser ayant traversé la cellule et fournissant un signal électrique, et - un premier système d'asservissement configuré pour réaliser un asservissement en fréquence de la source d'excitation de la résonance magnétique à partir d'une première composante du signal électrique. 15 Le procédé comprend une étape de mesure vectorielle du champ magnétique ambiant et, à partir de ladite mesure, une étape de calcul d'un écart d'alignement Otg fc du champ magnétique ambiant avec la direction de propagation du faisceau laser et d'un angle de rotation théorique Opol theo à apporter à la polarisation du faisceau laser pompe dans un plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau 20 laser pour que la polarisation du faisceau laser soit orthogonale au champ magnétique ambiant. Lorsque l'écart d'alignement est inférieur à un seuil, le procédé utilise pour consigne d'orientation de polarisation la valeur dudit angle de rotation théorique ou la valeur courante de ladite consigne lorsqu'il a été détecté que l'écart d'alignement est inférieur au seuil. 25 Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : - le magnétomètre scalaire comprenant un deuxième système d'asservissement configuré pour fournir au rotateur de polarisation, à partir d'une deuxième composante du signal électrique, un signal de commande visant à maintenir la direction de polarisation du faisceau laser orthogonale au champ magnétique 3063547 7 ambiant, il comprend en outre une étape d'inhibition du second système d'asservissement lorsque l'écart d'alignement est inférieur au seuil ; - la source d'excitation est une source RF, et la mesure vectorielle est réalisée à l'aide du magnétomètre lui-même en venant alimenter des bobines entourant la cellule par 5 un courant ayant une fréquence prédéterminée propre à chaque bobine, puis démoduler de manière synchrone le signal électrique à chacune des fréquences prédéterminées et déterminer des composantes du champ magnétique ambiant selon les axes des bobines ; - la source d'excitation est une source RF et la mesure vectorielle et la mesure du 10 champ vectorielle n'est pas réalisée par le magnétomètre scalaire ; - il comprend le pilotage de l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser à partir dudit angle de rotation théorique ; - le rotateur de polarisation comprend un polariseur motorisé en rotation par un 15 moteur venant également piloter l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser ; - il comprend la comparaison dudit angle de rotation théorique avec une valeur d'angle de rotation fournie par une loi de pilotage du rotateur de polarisation associant des valeurs de consigne d'orientation de polarisation à des valeurs d'angle 20 de rotation, et la correction de la loi de pilotage en fonction du résultat de la comparaison. L'invention porte également sur un système de mesure d'un champ magnétique, comportant un magnétomètre scalaire et un contrôleur configuré pour mettre en oeuvre du procédé. La source d'excitation de résonance magnétique peut être 25 une source RF ou une un modulateur du faisceau laser. Le rotateur de polarisation peut être un rotateur de polarisation à cristal liquide. 3063547 8 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en 5 référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma représentant la rotation de la polarisation dans le plan normal à la direction de propagation du faisceau optique ic ainsi que celle du champ RF lorsque celui-ci est utilisé pour exciter la résonance magnétique; la figure 2 représente l'évolution des signaux LAO et LA1Q en fonction de 10 l'orientation relative Of entre la direction de polarisation É et le champ magnétique ambiant É ; la figure 3 représente l'évolution du signal LA1Q en fonction de l'orientation relative Of entre la direction de polarisation É et le champ magnétique ambiant É étendue sur [00-3600]; 15 la figure 4 est un schéma d'un système de mesure de champ magnétique selon un mode de réalisation possible de l'invention utilisant un champ RF pour exciter la résonance magnétique. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention porte sur un procédé et un système de mesure d'un champ 20 magnétique ambiant à l'aide d'un magnétomètre scalaire. En référence à la figure 4, le magnétomètre scalaire comprend une source de pompage optique 1 apte à émettre un faisceau laser en direction d'une cellule 4 remplie d'un gaz (par exemple de l'hélium ou un gaz alcalin) selon une direction de propagation ic. Le faisceau laser émis par la source 1 traverse un polarisateur rectiligne 2 25 et un rotateur de polarisation 3 apte à faire tourner la direction de polarisation du faisceau laser en étant piloté par une consigne d'orientation de polarisation. Le magnétomètre comporte par ailleurs une source d'excitation de résonance magnétique ainsi qu'un photodétecteur 5 recevant le faisceau laser ayant 3063547 9 traversé la cellule et fournissant un signal électrique. Dans une mise en oeuvre possible d'un tel magnétomètre scalaire tel que décrit sur la figure 4, la source d'excitation de résonance magnétique est une source RF 8 qui comprend a minima une première et une deuxième bobine d'axes orthogonaux (selon les axes x et z orthogonaux au trajet optique 5 ic) entourant la cellule 4 et alimentées par un générateur radiofréquence pour y générer un champ magnétique radiofréquence BRF. Dans une variante de réalisation non représentée, l'excitation de la résonance magnétique n'est pas réalisée de manière magnétique par un champ RF mais de manière optique à l'aide par exemple d'une modulation d'intensité ou de longueur d'onde du faisceau optique. 10 Si nécessaire, un système de décharge HF 7 permet d'exciter les atomes de gaz de la cellule, pour peupler l'état sur lequel on souhaite réaliser l'expérience de résonance magnétique (par exemple l'état métastable 2351 dans le cas de l'hélium 4). Un dispositif 6 de détection et d'asservissement sur une raie de transition atomique, par exemple sur la raie Do à 1083 nm dans le cas de l'hélium 4, est 15 placé en sortie du photodétecteur 5 et permet d'accorder la longueur d'onde de pompage du faisceau laser. Le fonctionnement du magnétomètre est assuré au moyen d'un premier système d'asservissement AS1 configuré pour réaliser un asservissement en fréquence de la source d'excitation à partir d'une première composante du signal électrique. Et 20 l'isotropie de ce fonctionnement peut être assurée au moyen d'un deuxième système d'asservissement AS2 configuré pour fournir au rotateur de polarisation 3, à partir d'une deuxième composante du signal électrique, un signal de commande (consigne d'orientation de polarisation) visant à maintenir la direction de polarisation du faisceau laser orthogonale au champ magnétique ambiant et, le cas échéant, à orienter le champ 25 RF des bobines 8 colinéairement à la polarisation à partir de la connaissance de la valeur en cours de Opoi appliquée au rotateur de polarisation. Lorsque la source d'excitation est une source RF 8 comme cela est le cas sur la figure 4, le premier système d'asservissement AS1 est alors configuré pour asservir la fréquence du générateur radiofréquence à la fréquence de Larmor du gaz remplissant 30 la cellule en exploitant en tant que première composante du signal électrique la 3063547 10 composante continue LAO du signal électrique ou la composante LA2 en phase à la fréquence double de la fréquence de Larmor du signal électrique. Le deuxième système d'asservissement AS2 exploite quant à lui en tant que deuxième composante du signal électrique la composante LA1Q en quadrature de 5 phase à la fréquence de Larmor du signal électrique. La minimisation de cette composante LA1Q par le pilotage de Opoi permet alors d'asservir la position de la polarisation de telle sorte que Of soit constamment égal à +/- 90°. Ce pilotage se fait par exemple au travers de la tension RMS URMS appliquée à un rotateur de polarisation à cristaux liquides. La connaissance des caractéristiques de la loi de pilotage associée 10 °pol = g(URms) permet de remonter à la valeur courante de Opoi et donc de piloter également l'orientation du champ RF en maintenant en permanence °RF = Opoi dans le cas d'une structure de magnétomètre monobloc. Le magnétomètre comporte ainsi un circuit de détection de la première composante DO et, le cas échéant, un circuit de détection de la deuxième composante 15 D1Q couplés, d'une part, au photodétecteur 5, et, d'autre part, respectivement au premier système d'asservissement AS1 et au deuxième système d'asservissement AS2. Dans une autre mise en oeuvre possible, le magnétomètre scalaire est un magnétomètre « tout-optique » où la résonance magnétique n'est pas excitée par un champ RF, mais de manière optique à l'aide par exemple d'une modulation d'intensité ou 20 de longueur d'onde du faisceau laser. La fréquence de la modulation est asservie par le premier système d'asservissement AS1 en exploitant une mesure d'amplitude des signaux LAO ou LA2. Dans cette autre mise en oeuvre, un signal de type LA1Q n'est pas disponible pour assurer l'isotropie du magnétomètre. Toutefois, à l'image de ce qui est 25 exposé dans l'article de T. Wu et al. mentionné précédemment, une modulation de la polarisation peut être réalisée afin de générer artificiellement un signal d'erreur comparable pour réaliser l'asservissement de Of à 90°. Le rotateur de polarisation est pour ce faire piloté à l'aide du deuxième système d'asservissement AS2 en exploitant le signal issu d'une détection synchrone sur le signal électrique fourni par le photodétecteur 3063547 11 au fondamental d'une modulation superposée au signal AC de pilotage du rotateur de polarisation. L'invention propose d'utiliser une information portant sur l'orientation relative entre k> , É et É autre que celle classiquement obtenue par le signal de résonance 5 LA1Q ou par celui correspondant à la modulation de polarisation, pour piloter et asservir la direction de É par rapport à celle de É (et celle de BRF dans les structures utilisant ce moyen d'excitation des résonances magnétiques, comme celui décrit sur la figure 4) afin d'assurer le fonctionnement isotrope. Cette information est la connaissance qui peut être grossière de É ou de 10 son orientation dans le repère du magnétomètre. Cette information peut être obtenue par exemple à partir d'une mesure vectorielle du champ réalisée par le magnétomètre lui-même (le magnétomètre étant utilisé en mode mesure scalaire et vectorielle) ou par tout autre système externe au capteur (par exemple par connaissance géographique, ou par une mesure externe avec des capteurs moins performants, par exemple des capteurs 15 MEMS). Le procédé selon l'invention comprend ainsi une étape de mesure vectorielle du champ magnétique ambiant. Reprenant l'exemple d'une source d'excitation venant générer un champ magnétique RF comme cela est le cas sur la figure 4, la mesure vectorielle du champ magnétique ambiant peut être réalisée par le magnétomètre scalaire. La source 20 d'excitation 8 comprend alors une troisième bobine d'axe orthogonal aux axes des première et deuxième bobines, et la mesure vectorielle du champ magnétique ambiant comprend, au moyen du bloc INJ sur la figure 4, l'alimentation de chacune des bobines de la source RF 8 par un courant ayant une fréquence prédéterminée propre à cette bobine. Et cette mesure comprend en outre, au moyen du bloc MBV sur la figure 4, la 25 démodulation synchrone du signal électrique à chacune des fréquences prédéterminées et la détermination des composantes du champ magnétique ambiant selon les axes des bobines. On pourra trouver un exemple d'une telle mesure vectorielle dans le brevet EP 1 344 075 B1. La mesure vectorielle du champ magnétique peut être précédée des 30 étapes suivantes. On opère tout d'abord le magnétomètre en mode scalaire. Les atomes 3063547 12 de gaz sont excités via la décharge HF et pompés par le faisceau laser accordée sur la transition atomique d'intérêt. On effectue une rampe de champ RF avec une fréquence fRF et une orientation ORF variables et on recherche des signaux de résonance LA0 ou LA2. Conjointement, l'orientation Opoi de la polarisation É peut être également pilotée 5 par une rampe d'amplitude similaire à celle du champ RF (caractérisation initiale de la loi de pilotage Opoi = g(URMS) sous forme par exemple d'une table de correspondance ou d'une loi de variation polynomiale). Cette recherche de signaux magnétiques se fait donc indépendamment d'un réglage optimum de Opoi et de ORF par rapport au point de fonctionnement final Of = 90° visé (on peut effectivement avoir des signaux même en 10 position non idéale). Quand des signaux de résonance sont détectés, on fige Opoi=ORF à la valeur en cours et on asservit le champ magnétique RF sur le signal de résonance LA0 ou LA2. On opère également la détection et la mesure du signal LA1Q même si sa mesure n'est pas encore directement utilisée. 15 La mesure vectorielle du champ magnétique ambiant est alors réalisée au moyen de l'injection des trois modulations à fréquences connues sur le triaxe vectoriel et de la mesure de l'amplitude des projections respectives sur le champ scalaire. Le magnétomètre est ainsi opéré en mode scalaire + vectoriel, même si la position Opoi et de ORF en cours n'est pas optimale. A partir de ce moment É est connu dans le repère de 20 l'instrument. La direction optimale de la polarisation É (et de BRF dans le cadre du dispositif de la figure 4 avec excitation RF) dans le plan de rotation normal à ic pour fonctionner dans la configuration Of = 90° est alors donnée par le calcul du produit vectoriel icAÉ. Le vecteur résultant de ce produit vectoriel est orthogonal à la fois à k et à 25 É. La direction de ce vecteur permet alors de déterminer directement les deux points de fonctionnement possibles Opoii et Opoi20 = poil °pol theo dans ce qui suit, correspondants également à ORF1 et ORF2 dans la mise en oeuvre avec excitation RF de la figure 4) dans le plan de rotation orthogonal à ic. +180° (dits angles de rotation théorique 3063547 13 Ainsi, une fois la mesure de É connue dans le repère de l'instrument, le procédé comprend le calcul, à partir de ladite mesure vectorielle de É, de l'angle de rotation théorique Opol theo à apporter à la polarisation du faisceau laser dans le plan orthogonal à la direction de propagation ic du faisceau laser pour que la polarisation du 5 faisceau laser soit orthogonale au champ magnétique ambiant. On peut également déterminer l'angle Otg fc entre É et k afin de savoir si on est ou si on s'approche d'une zone problématique où le signal de pilotage utilisé pour orienter la polarisation n'est pas présent ou va disparaître (c'est le cas quand É et k sont alignés ou proche de l'être). Le calcul de cet angle Otg fc caractérisant un écart 10 d'alignement entre É et k et de l'angle de rotation théorique °pol theo est assuré par le bloc CAL sur la figure 4. L'angle °truc est par exemple donné par acos ) avec Tc> . É> 1k11g11 le produit scalaire, 1.1 la valeur absolue et 11.11 la norme. Cet angle est arbitrairement limité ici dans la fenêtre de calcul de [0° ; 90°] par la valeur absolue effectuée sur le produit scalaire du numérateur dans la formule précédente, mais peut très bien être 15 utilisé sur une définition de [0 ° ; 180°]. Lorsque l'écart d'alignement entre É et k est inférieur à un seuil (c'est- à-dire que l'angle Otg fc est inférieur au seuil, par exemple un seuil égal à 5°), la commande du rotateur de polarisation n'est pas réalisée au moyen du deuxième système d'asservissement AS2 qui est alors inhibé. On vient alors poursuivre le pilotage de la 20 polarisation en fixant (tant que l'écart d'alignement reste inférieur au seuil) la consigne d'orientation de polarisation fournie au rotateur de polarisation à sa valeur courante lorsqu'il est détecté que l'écart d'alignement est inférieur au seuil ou à la valeur dudit angle de rotation théorique. On notera qu'en venant figer la consigne à sa valeur en cours lorsqu'il est détecté que l'écart d'alignement entre É et k est inférieur au seuil, on évite 25 d'utiliser le rotateur de polarisation dans des zones de rotation de polarisation trop rapides en regard de ses caractéristiques de temps de réponse. Le champ RF, s'il est utilisé dans l'architecture du magnétomètre, reste quant à lui toujours piloté à l'aide de l'angle de rotation théorique Opoi theo quelle que 3063547 14 soit l'écart d'alignement. La connaissance de Opol theo permet donc ainsi d'orienter de manière très précise le champ RF de telle sorte que ORF = - 0 pol theo indépendamment de l'utilisation de la connaissance de la valeur courante de la consigne d'orientation de polarisation Opoi ce qui permet de s'affranchir des effets de dérive des caractéristiques du 5 rotateur sur ce point. Dans cette situation les mesures fournies par l'instrument sont valides. Lorsque l'écart d'alignement de É avec k devient supérieur au seuil, le pilotage de l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser reste réalisé à partir dudit angle de rotation 10 théorique : ORF0 = - pol theo - l'orientation de la polarisation Opoi. Cela est notamment possible dans les architectures monobloc intégrant par exemple un rotateur de polarisation du type rotateur à cristal liquide. Dans ce cadre, le deuxième système d'asservissement AS2 délivre un 15 signal de commande au rotateur de polarisation, typiquement une tension, dont la valeur peut être mise en correspondance avec une valeur d'angle de rotation de la polarisation par connaissance des caractéristiques de pilotage de ce dernier (caractérisation initiale de la loi de pilotage Opoi = g(URMS) sous forme par exemple d'une table de correspondance ou d'une loi de variation polynomiale). Il s'avère alors possible de comparer l'angle de 20 rotation théorique Opol theo et la valeur d'angle de rotation en cours déduite par la connaissance des caractéristiques de pilotage du rotateur. Une telle comparaison permet de corriger et mettre continument à jour ces caractéristiques de pilotage sur les valeurs de °pol theo parcourues lors de cette mise en oeuvre. Les valeurs caractérisant ce comportement (loi de pilotage de type table de correspondance ou coefficients d'une loi 25 polynomiale par exemple) peuvent en effet se révéler inexactes en fonction de l'environnement (température par exemple) et du degré de vieillissement du rotateur. En l'absence de correction, on peut donc se retrouver à opérer le magnétomètre avec une polarisation É et un champ RF EV,; désalignés, ce qui va dégrader les amplitudes des signaux de résonance et nuire à la performance. Le décalage entre la valeur Opol theo Le signal LA1Q peut quant à lui être utilisé pour contrôler 3063547 15 réellement nécessaire pour assurer l'orthogonalité de É et de É et la valeur déduite de la loi de pilotage peut même progressivement se décaler de manière si importante qu'un retournement de +/- 180 ° peut alors amener le magnétomètre dans une zone de perte des asservissements. 5 A cet égard, on relèvera que lorsque se présente le cas où Opol theo atteint un des seuils de pilotage en orientation possible du rotateur de polarisation (seuil bas ou haut) il faut alors effectuer un retournement de +/- 180° de l'orientation de la polarisation afin de pouvoir poursuivre la mise en oeuvre du fonctionnement isotrope. Ce retournement de 180° doit aussi être effectué sur le champ BRF. Le pilotage du saut de 10 rotation de polarisation adéquat reste déterminé à partir des caractéristiques connues de la loi de pilotage Opoi = g(URms) tout en inversant le signe de l'asservissement sur la composante LA1Q avant de le relâcher. On peut alors également noter la consigne de tension réelle correspondant au saut de +/- 180 ° sur la polarisation et mettre à jour les caractéristiques de la loi de pilotage du rotateur. Cela permet de gagner en 15 précision/rapidité sur les sauts suivants en utilisant directement les valeurs mémorisées et remises à jour à chaque saut. On relèvera que suivant le besoin et la configuration d'instrument mise en oeuvre, la connaissance de l'information de mesure vectorielle du champ ambiant peut être exploitée en complément d'un signal d'erreur déjà présent (de type « LA1Q » par 20 exemple) ou en remplacement intégral. La connaissance de Opol theo P eut ainsi être utilisée en tant qu'unique signal de pilotage de l'orientation de la polarisation si l'on ne souhaite pas utiliser de signal type LA1Q ou que celui-ci n'est pas présent pour assurer le pilotage du rotateur de polarisation. Dans une variante de réalisation (architecture bi-bloc), le rotateur de 25 polarisation comprend un polariseur motorisé en rotation par un moteur venant également piloter l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser. Dans un tel cas de figure, lorsque l'écart d'alignement est supérieur au seuil, le signal LA1Q peut être utilisé pour piloter le moteur et ainsi pour contrôler conjointement l'orientation de la polarisation 30 Opoi et l'orientation du champ magnétique RF ORF qui auront été alignés par construction. 3063547 16 Et lorsque l'écart d'alignement est inférieur au seuil, le moteur est piloté à l'aide de l'angle de rotation théorique de manière à avoir Opoi = - 0 RF = °pol theo - Dans une autre variante de réalisation, la mesure vectorielle du champ magnétique ambiant n'est pas réalisée par le magnétomètre qui ne fournit donc qu'une 5 mesure scalaire. Ladite mesure vectorielle est alors réalisée par un système externe au magnétomètre comme indiqué précédemment. On retiendra que dans le cadre de cette variante, seules deux bobines orientées selon les axes fc> et i> orthogonaux au trajet optique selon k sont nécessaires pour assurer le contrôle de la direction du champ radiofréquence. 10 Dans un autre exemple de réalisation, le magnétomètre scalaire est un magnétomètre tout-optique dont la source d'excitation de résonance magnétique comprend un modulateur du faisceau laser asservi par le premier système d'asservissement AS1. Le modulateur réalise par exemple une modulation d'intensité ou de longueur d'onde du faisceau laser. La modulation d'intensité du faisceau laser peut 15 être réalisée par un modulateur acousto-optique, et la modulation de la longueur d'onde peut être réalisée par modulation du courant de pompe de la diode laser. Avec une information d'orientation de É dans le repère du magnétomètre fournie de manière externe, on détermine comme précédemment l'orientation idéale Opol theo de la polarisation pilotée par le rotateur de polarisation. 20 Si aucun signal de résonance de type LA1Q n'est utilisé pour asservir l'orientation de la polarisation, le magnétomètre est opéré dans une configuration fixe de Of = 90° à l'aide de l'angle de rotation théorique Opol theo ce qui permet d'assurer son caractère isotrope (0poi = Opol theo) quel que soit l'écart d'alignement de de É avec ic. Si un signal de type LA1Q ou similaire (par exemple issu d'une 25 modulation supplémentaire de la polarisation effectuée sur le rotateur comme exposé dans l'article de T. Wu et al. mentionné précédemment) est utilisé pour asservir l'orientation de la polarisation, ce dernier reste utilisé pour opérer la rotation de polarisation lorsque l'écart d'alignement de É avec k est supérieur au seuil. En revanche, 3063547 17 lorsque l'écart d'alignement de É avec k est inférieur au seuil, on peut fixer la consigne du rotateur de polarisation directement à la valeur théorique Opol theo - L'invention n'est pas limitée au procédé tel que précédemment décrit mais s'étend à un système de mesure d'un champ magnétique apte à mettre en oeuvre ce 5 procédé et notamment un système comportant un magnétomètre scalaire qui comprend : - une source de pompage optique apte à émettre un faisceau laser en direction d'une cellule remplie d'un gaz selon une direction de propagation, - un rotateur de polarisation apte faire tourner la direction de polarisation du 10 faisceau laser en étant piloté par une consigne d'orientation de polarisation, - une source d'excitation de résonance magnétique, - un photodétecteur recevant le faisceau laser ayant traversé la cellule et fournissant un signal électrique, - un premier système d'asservissement configuré pour réaliser un 15 asservissement en fréquence de la source d'excitation à partir d'une première composante du signal électrique, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un contrôleur configuré pour : - calculer, à partir d'une mesure vectorielle du champ magnétique ambiant, un 20 écart d'alignement du champ magnétique ambiant avec la direction de propagation du faisceau laser, et un angle de rotation théorique à apporter à la polarisation du faisceau laser pompe dans un plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser pour que la polarisation du faisceau laser soit orthogonale au champ magnétique ambiant, et 25 - lorsque l'écart d'alignement est inférieur à un seuil, fixer la consigne d'orientation de polarisation à sa valeur courante ou à la valeur dudit angle de rotation théorique. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'un champ magnétique ambiant à l'aide d'un magnétomètre scalaire qui comprend : - une source de pompage optique (1) apte à émettre un faisceau laser en direction d'une cellule (4) remplie d'un gaz selon une direction de propagation, - un rotateur de polarisation (3) apte à faire tourner la direction de polarisation du faisceau laser en étant piloté par une consigne d'orientation de polarisation, une source d'excitation de résonance magnétique (8), un photodétecteur (5) recevant le faisceau laser ayant traversé la cellule et fournissant un signal électrique, - un premier système d'asservissement (AS1) configuré pour réaliser un asservissement en fréquence de la source d'excitation de la résonance magnétique à partir d'une première composante (LAO) du signal électrique, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - mesure vectorielle du champ magnétique ambiant (MBV), - à partir de ladite mesure vectorielle, calcul (CAL) : o d'un écart d'alignement (Ot g fc) du champ magnétique ambiant avec la direction de propagation du faisceau laser, et o d'un angle de rotation théorique (61pol theo) à apporter à la polarisation du faisceau laser pompe dans un plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser pour que la polarisation du faisceau laser soit orthogonale au champ magnétique ambiant, - lorsque l'écart d'alignement est inférieur à un seuil, utiliser pour consigne d'orientation de polarisation la valeur dudit angle de rotation théorique ou la valeur courante de ladite consigne lorsqu'il a été détecté que l'écart d'alignement est inférieur au seuil. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le magnétomètre scalaire comprend un deuxième système d'asservissement (AS2) configuré pour fournir au 3063547 19 rotateur de polarisation (3), à partir d'une deuxième composante (LA1Q) du signal électrique, un signal de commande visant à maintenir la direction de polarisation du faisceau laser orthogonale au champ magnétique ambiant, le procédé comprenant en outre une étape d'inhibition du second système d'asservissement lorsque l'écart 5 d'alignement est inférieur au seuil. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la source d'excitation (8) comprend une première et une deuxième bobines d'axes orthogonaux entourant la cellule et alimentées par un générateur radiofréquence pour y générer un champ 10 magnétique radiofréquence, dans lequel le premier système d'asservissement (AS1) est configuré pour asservir la fréquence du générateur radiofréquence à la fréquence de Larmor du gaz remplissant la cellule en exploitant en tant que première composante du signal électrique la composante continue (LAO) du signal électrique ou la composante en phase à la fréquence double de la fréquence de Larmor du signal 15 électrique, dans lequel la source d'excitation (8) comprend une troisième bobine d'axe orthogonal aux axes des première et deuxième bobines, et dans lequel la mesure vectorielle du champ magnétique ambiant comprend l'alimentation de chacune des bobines par un courant ayant une fréquence prédéterminée propre à cette bobine, la démodulation synchrone du signal électrique à chacune des fréquences 20 prédéterminées et la détermination des composantes du champ magnétique ambiant selon les axes des bobines. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la source d'excitation (8) comprend une première et une deuxième bobines d'axes orthogonaux entourant la 25 cellule et alimentées par un générateur radiofréquence pour y générer un champ magnétique radiofréquence, dans lequel le premier système d'asservissement (AS1) est configuré pour asservir la fréquence du générateur radiofréquence à la fréquence de Larmor du gaz remplissant la cellule en exploitant en tant que première composante du signal électrique la composante continue (LAO) du signal électrique ou la composante en phase à la fréquence double de la fréquence de Larmor du signal 3063547 20 électrique, dans lequel la mesure du champ vectorielle n'est pas réalisée par le magnétomètre scalaire. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, comprenant le pilotage de 5 l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser à partir dudit angle de rotation théorique. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel le rotateur de polarisation (3) comprend un polariseur motorisé en rotation par un moteur venant 10 également piloter l'orientation du champ magnétique radiofréquence dans le plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant la comparaison dudit angle de rotation théorique avec une valeur d'angle de rotation fournie par une loi de 15 pilotage du rotateur de polarisation associant des valeurs de consigne d'orientation de polarisation à des valeurs d'angle de rotation, et la correction de la loi de pilotage en fonction du résultat de la comparaison. 8. Système de mesure d'un champ magnétique, comportant un magnétomètre 20 scalaire qui comprend : une source de pompage optique (1) apte à émettre un faisceau laser en direction d'une cellule (4) remplie d'un gaz selon une direction de propagation, un rotateur de polarisation (3) apte faire tourner la direction de polarisation du faisceau laser en étant piloté par une consigne d'orientation de polarisation, 25 une source d'excitation de résonance magnétique (8), un photodétecteur (5) recevant le faisceau laser ayant traversé la cellule et fournissant un signal électrique, un premier système d'asservissement (AS1) configuré pour réaliser un asservissement en fréquence de la source d'excitation à partir d'une première 30 composante (LAO) du signal électrique, 3063547 21 le système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un contrôleur (CAL) configuré pour : calculer, à partir d'une mesure vectorielle du champ magnétique ambiant, un écart d'alignement (agfc) du champ magnétique ambiant avec la direction de 5 propagation du faisceau laser, et un angle de rotation théorique (Opol theo) à apporter à la polarisation du faisceau laser pompe dans un plan orthogonal à la direction de propagation du faisceau laser pour que la polarisation du faisceau laser soit orthogonale au champ magnétique ambiant, et - lorsque l'écart d'alignement est inférieur à un seuil, utiliser pour consigne 10 d'orientation de polarisation la valeur dudit angle de rotation théorique ou la valeur courante de ladite consigne lorsqu'il a été détecté que l'écart d'alignement est inférieur au seuil. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel le magnétomètre scalaire 15 comprend un deuxième système d'asservissement (AS2) configuré pour fournir au rotateur de polarisation (3), à partir d'une deuxième composante (LA1Q) du signal électrique, un signal de commande visant à maintenir la direction de polarisation du faisceau laser orthogonale au champ magnétique ambiant, et dans lequel le contrôleur est en outre configuré pour inhiber le second système d'asservissement (AS2) lorsque 20 l'écart d'alignement est inférieur au seuil. 10. Système selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel la source excitation (8) comprend une première et une deuxième bobines d'axes orthogonaux entourant la cellule et alimentées par un générateur radiofréquence pour y générer un champ 25 magnétique radiofréquence, et dans lequel le premier système d'asservissement (AS1) est configuré pour asservir la fréquence du générateur radiofréquence à la fréquence de Larmor du gaz remplissant la cellule en exploitant en tant que première composante du signal électrique la composante continue (LAO) du signal électrique ou la composante en phase à la fréquence double de la fréquence de Larmor (LA2) du 30 signal électrique. 3063547 22 11. Système selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel la source d'excitation (8) comprend un modulateur du faisceau laser asservi par le premier système d'asservissement (AS1). 12. Système selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel le rotateur de polarisation (3) est un rotateur de polarisation à cristal liquide. 5 10