Brevet FR3063141A1 — publié le 20180824

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des instruments de mesure inertiels pour mesurer une vitesse de rotation ou une accélération locale due par exemple à la gravité. Elle concerne plus particulièrement un instrument et un procédé de mesure inertiel basé sur l'utilisation d'un interféromètre à atomes froids pour des mesures de très grande précision. Elle concerne plus particulièrement un capteur inertiel d'accélération, de gravité et/ou de rotation basé notamment sur un interféromètre atomique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les capteurs inertiels basés sur l'interférométrie atomique offrent une grande sensibilité et trouvent des applications en navigation inertielle, en sismologie ou en géophysique pour mesurer localement la gravité. Depuis une vingtaine d'années, les techniques d'interférométrie atomique ont permis de développer de nouveaux instruments de mesure, par exemple des gravimètres, gradiomètres, accéléromètres, gyroscopes, horloges atomiques et capteurs de champ électro-magnétique. Un interféromètre atomique combine des technologies optiques et atomiques. Un interféromètre à atomes froids est un dispositif dans lequel des ondes de matière se propagent le long de chemins séparés spatialement qui délimitent une surface fermée. Un interféromètre atomique est sensible aux effets inertiels tels que les accélérations et les rotations. D'une part, un interféromètre atomique comporte une source d'atomes et un piège à atomes froids configuré pour générer une bouffée d'atomes se propageant initialement dans une direction déterminée. D'autre part, l'interféromètre atomique comporte une source laser émettant une séquence d'impulsions lumineuses d'interrogation destinées à interagir avec la structure fine des atomes par transfert de photons. Enfin, l'interféromètre atomique comporte un dispositif de mesure de l'état de l'atome. Les systèmes d'interférométrie atomique ont considérablement progressé depuis le développement des techniques de refroidissement d'atomes dans les années 1980 et 1990. Les systèmes d'interférométrie atomique ont une 3063141 2 sensibilité supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des capteurs mécaniques conventionnels. Toutefois, ces systèmes d'interférométrie atomique sont confrontés à des limites en termes de robustesse aux inclinaisons et aux vibrations. D'autre part, les systèmes d'interférométrie atomique ont aujourd'hui 5 une gamme de sensibilité réduite par comparaison avec les capteurs conventionnels. Selon l'orientation de la source d'atomes et de l'interféromètre atomique, il est ainsi possible de mesurer une accélération et/ou une rotation suivant une direction déterminée. Les interféromètres atomiques permettent des mesures 10 extrêmement précises. Les interféromètres atomiques trouvent des applications dans les senseurs inertiels de type gravimètre, gradiomètre, accéléromètre et gyromètre à atome froids. Une application particulièrement importante de l'interférométrie atomique concerne les accéléromètres à atomes froids (CAA). La plupart des 15 accéléromètres à atomes froids (CAA) sont construits dans une configuration de gravimètre, dont le but est de mesurer l'accélération gravitationnelle le plus précisément possible. L'axe de mesure d'un gravimètre est défini par la normale à la surface d'un miroir rétro-réfléchissant disposé de manière à réfléchir le champ d'interrogation vers le nuage d'atomes froids. Cette normale est généralement 20 alignée sur la direction verticale. Le miroir rétro-réfléchissant détermine ainsi un référentiel du capteur inertiel à atomes froids. Ces accéléromètres à atomes froids reposent de manière critique sur ce référentiel. La plupart des accéléromètres à atomes froids sont des systèmes encombrants et lourds conçus pour fonctionner dans un environnement contrôlé 25 de laboratoire et dans une gamme d'accélération limitée. Dans les applications mobiles, par exemple de navigation inertielle, différents facteurs limitent principalement le fonctionnement et les performances des accéléromètres à atomes froids. Premièrement, l'interféromètre ne fonctionne plus lorsque son orientation varie de manière aléatoire ou que ses mouvements 30 sont aléatoires. En effet, les mouvements du système inertiel nuisent à la stabilité de la surface réfléchissante. D'autre part, un désalignement entre la normale au miroir et l'axe vertical local introduit une erreur systématique de mesure. Ces questions sont de nature technique et résultent de l'utilisation des capteurs inertiels à atomes froids en dehors de leur zone de fonctionnement nominal. 3063141 3 La publication J. Le Gouêt et al. « Limits of the sensitivity of a low noise compact atomic gravimeter », Appl. Phys. B 92, 133-144 (2008) décrit un gravimètre à atomes froids et une technique de compensation des vibrations. Selon cette publication, un sismomètre fixé au miroir rétro-réfléchissant acquiert 5 des mesures de vibrations externes et une boucle de pré-compensation permet de corriger, en fonction des mesures interférométriques précédentes, le déphasage entre deux sources laser du système de génération d'impulsions Raman pour contrebalancer le déphasage interférométrique induit par ces vibrations. Toutefois, l'efficacité de la réjection des vibrations reste limitée en pratique. De plus, le 10 sismomètre opérant comme un filtre passe-haut, les vibrations de basse fréquence persistent sur les mesures de gravimétrie. La publication S. Merlet et al. « Operating an atom interferometer beyond its linear range », Metrologia 46, 87-94 (2009) décrit un gravimètre à atomes froids et compare une technique de correction post-process par ajustement de frange 15 (fringe fitting) avec une technique de correction des vibrations entre deux mesures interférométriques. Selon cette publication, la technique d'ajustement de frange post-process donne de meilleurs résultats que la correction des vibrations, qui présente cependant une meilleure résolution temporelle. La publication R. Geiger et al. (« Detecting inertial effects with airborne 20 matter-wave interferometry », Nature Comm., 2 :474, DOI : 10.1038/ncomms1479, 2011) décrit une méthode d'hybridation de mesures d'accélération provenant d'accéléromètres mécaniques avec des mesures provenant d'un interféromètre atomique. Un accéléromètre mécanique permet d'estimer le déphasage inertiel pour en déduire un nombre de demi-franges, de manière à recentrer le déphasage 25 de l'interféromètre atomique sur une frange centrale. Puis, la mesure de déphasage par l'interféromètre atomique est inversée dans cette demi-frange pour obtenir une valeur plus précise du déphasage. On calcule ensuite la somme de la mesure grossière de déphasage obtenue par l'accéléromètre mécanique et de la mesure fine de déphasage obtenue par l'interféromètre atomique. Cette méthode 30 et ce dispositif hybride permettent de fournir des mesures continues et d'étendre la gamme de mesure grâce au capteur classique, tout en bénéficiant de la très grande précision et de la stabilité à long terme du capteur inertiel à atomes froids. Le document J. Lautier et al. « Hybridizing matter-wave and classical accelerometers » décrit un système et une méthode d'hybridation de mesures 3063141 4 d'accélération provenant d'un accéléromètre mécanique classique avec des mesures provenant d'un accéléromètre interférométrique à atomes froids. Le système comporte en outre une boucle de pré-compensation en temps réel par ajustement de la phase du laser pour limiter l'influence des vibrations sur les 5 mesures interférométriques. Ce dispositif et cette méthode d'hybridation permettent d'obtenir une très grande précision sur une grande dynamique de mesure avec une stabilité à long terme. Toutefois, la gamme de fonctionnement d'un accéléromètre interférométrique à atomes froids reste limitée en dynamique et en direction d'accélération. 10 Le problème principal rencontré lors du fonctionnement d'un capteur inertiel basé sur un interféromètre atomique est que du fait de sa grande sensibilité, des vibrations même de faible amplitude et de basse fréquence, peuvent surpasser les mesures de déphasage. Comme l'interféromètre atomique a une réponse périodique non-linéaire, ce qui limite sa dynamique, les franges 15 d'interférences peuvent être brouillées par des accélérations aléatoires causées par les vibrations. Pour surmonter cette difficulté, il est nécessaire d'étendre la gamme de sensibilité d'un capteur inertiel à atomes froids, pour extraire les mesures sur un grand nombre de franges ou d'asservir de manière dynamique la frange centrale par rapport à un signal d'accélération variant fortement. 20 Dans un gravimètre à atomes froids, soumis à la force de gravité, il est connu d'appliquer une modulation linéaire à la fréquence laser des faisceaux Raman pour compenser un décalage induit par effet Doppler entre faisceaux contra-propagatifs se propageant dans la direction verticale. Le coefficient de la rampe de fréquence est fixe et pré-déterminé. Cette compensation permet de 25 compenser une accélération constante dans une direction prédéterminée, notamment due à l'effet Doppler entre les faisceaux Raman contra-propagatifs suivant l'axe vertical. Toutefois, cette compensation ne permet pas de corriger de manière générale toutes les vibrations ou accélérations parasites, dans une direction 30 quelconque. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un système hybride de mesure inertielle comprenant un capteur inertiel interférométrique à atomes froids comprenant une source laser 3063141 5 adaptée pour générer une séquence d'impulsions laser en direction d'une bouffée d'atomes froids et un système de détection d'un signal de mesure inertielle par interférométrie atomique relatif à un cadre de référence inertiel, et un capteur inertiel conventionnel fixé au cadre de référence inertiel du capteur inertiel 5 interférométrique à atomes froids, le capteur inertiel conventionnel étant adapté pour fournir un signal de mesure inertielle conventionnelle du cadre de référence inertiel. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un système hybride comporte un système électronique à boucle de contre-réaction comprenant un 10 système de traitement du signal adapté pour recevoir un signal de mesure inertielle du capteur inertiel conventionnel, le système de traitement du signal étant adapté pour générer en temps réel un signal de modulation de fréquence non-linéaire en fonction du signal de mesure inertielle, chaque impulsion laser de la séquence d'impulsions laser ayant un désaccord en fréquence optique 15 prédéterminé par rapport à une fréquence optique centrale de la source laser, le système électronique à boucle de contre-réaction étant configuré pour moduler en temps réel la fréquence optique centrale du laser en fonction du signal de modulation, de manière à moduler en temps réel ladite séquence d'impulsions laser et à ce que le capteur inertiel interférométrique à atomes froids génère un 20 premier signal hybride de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé des mouvements relatifs du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes froids lors d'un cycle de mesure. Ce système permet de corriger la fréquence du laser et pas seulement sa phase. De plus, la correction est effectuée en temps réel pendant la mesure du 25 capteur interférométrique à atomes froids et non pas entre deux mesures interférométriques. Ce système permet aussi de compenser en temps réel les accélérations continues et/ou modulées en fréquence du cadre de référence par rapport aux atomes froids, dues par exemple au mouvement du véhicule sur lequel le système 30 inertiel est embarqué. Ainsi, ce système permet d'éviter une chute de sensibilité de la mesure due aux mouvements du senseur. Ce système permet de compenser des déphasages parasites sur les franges d'interférence, dus aux vibrations mécaniques du cadre de référence. En effet, on mesure directement les vibrations du cadre lié au miroir rétro- 3063141 6 réfléchissant pour asservir en temps réel la fréquence optique du laser. De plus, ce système permet de recentrer l'interférogramme sur une frange centrale, où l'accélération absolue peut être mesurée suivant l'axe sensible du système inertiel. Ceci permet avantageusement de mesurer des dérives lentes 5 de l'orientation de l'axe de mesure du système inertiel. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du système hybride de mesure inertielle conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - le cadre de référence inertiel comporte un composant optique 10 réfléchissant disposé de manière à rétro-réfléchir la séquence d'impulsions laser et à générer une séquence d'impulsions laser contra-propageantes en direction de la bouffée d'atomes froids, le capteur inertiel conventionnel étant fixé au composant optique réfléchissant du capteur inertiel interférométrique à atomes froids ; 15 - le système de traitement du signal est adapté pour générer en outre un signal de correction du déphasage de la source laser ; - le système comprend en outre un générateur de saut de phase configuré pour générer un échantillonnage adapté pour extraire une mesure de phase de frange d'interférence ; 20 - le système de traitement du signal est adapté pour générer signal de modulation de fréquence comprenant une composante linéaire de modulation et une composante non-linéaire de modulation en fonction du temps. Selon un mode de réalisation particulier et avantageux, le capteur inertiel conventionnel comporte un sismomètre, un accéléromètre à base de MEMS, un 25 gyromètre à base de MEMS, un gyromètre laser ou un gyromètre à fibre optique. De façon avantageuse, le système comprend un calculateur adapté pour recevoir une partie du premier signal hybride, le calculateur étant adapté pour générer un deuxième signal de mesure inertielle hybride en fonction du signal de mesure inertielle conventionnelle et de la partie du premier signal hybride issu du 30 capteur inertiel interférométrique à atomes froids. Selon un mode de réalisation particulier, le capteur inertiel interférométrique à atomes froids est adapté pour générer un signal d'erreur par différence entre le signal de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé à une récurrence N du cycle de mesure et le signal de mesure inertielle par 3063141 7 interférométrie atomique à une récurrence N-1, où N est un nombre entier naturel supérieur ou égal à deux, et dans lequel le calculateur est adapté pour recevoir le signal d'erreur et une première partie du signal de mesure inertielle du capteur inertiel conventionnel, le calculateur étant adapté pour en déduire le deuxième 5 signal de mesure inertielle hybride. Avantageusement, le système de traitement du signal est adapté pour recevoir le deuxième signal de mesure inertielle hybride et dans lequel le système de traitement du signal est adapté pour prélever une partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride en remplacement du signal de mesure inertielle du 10 capteur inertiel conventionnel et pour générer en temps réel un signal de modulation de fréquence non-linéaire en fonction de ladite partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride. Dans un mode de réalisation particulier, comprenant en outre un coupleur configuré pour prélever en temps réel une autre partie du signal de 15 mesure inertielle issu du capteur inertiel conventionnel, un filtre passe-bas adapté pour filtrer une composante continue de ladite autre partie du signal de mesure inertielle, un comparateur adapté pour comparer une composante continue de ladite autre partie du signal de mesure inertielle conventionnelle avec le signal de mesure inertielle par interférométrie atomique pour en déduire un signal d'erreur 20 de biais du capteur inertiel conventionnel, et le calculateur étant adapté pour recevoir le signal d'erreur de biais et la première partie du signal du signal de mesure inertielle du capteur inertiel conventionnel, le calculateur étant adapté pour calculer en temps réel le deuxième signal de mesure inertielle hybride par différence entre la première partie du signal de mesure inertielle du capteur inertiel 25 conventionnel et le signal d'erreur de biais. Avantageusement, comprenant en outre un coupleur configuré pour prélever en temps réel une autre partie du signal de mesure inertielle issu du capteur inertiel conventionnel, un filtre passe-bas adapté pour filtrer une composante continue de ladite autre partie du signal de mesure inertielle, un 30 comparateur adapté pour comparer une composante continue de ladite autre partie du signal de mesure inertielle conventionnelle avec le signal de mesure inertielle par interférométrie atomique pour en déduire un signal d'erreur de biais du capteur inertiel conventionnel, et le calculateur étant adapté pour recevoir le signal d'erreur de biais et la première partie du signal du signal de mesure 3063141 8 inertielle du capteur inertiel conventionnel, le calculateur étant adapté pour calculer en temps réel le deuxième signal de mesure inertielle hybride par différence entre la première partie du signal de mesure inertielle du capteur inertiel conventionnel et le signal d'erreur de biais. 5 Avantageusement, le calculateur est adapté pour transmettre une autre partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride vers une sortie du système hybride de mesure inertielle. Dans un mode de réalisation particulier et avantageux, le capteur inertiel conventionnel et le calculateur font partie d'une centrale de navigation inertielle 10 comprenant trois accéléromètres, trois gyromètres et un ordinateur adapté pour générer un signal de navigation inertielle basé sur les mesures des trois accéléromètres et des trois gyromètres, la centrale de navigation inertielle étant adaptée pour recevoir ladite partie du premier signal hybride, la centrale de navigation inertielle étant adaptée pour générer un signal hybride de navigation 15 inertielle en fonction du signal de navigation inertielle et de la partie du premier signal hybride issu du capteur inertiel interférométrique à atomes froids. Avantageusement, la centrale de navigation inertielle est adaptée pour recevoir une partie du premier signal de mesure inertielle hybride et/ou du deuxième signal de mesure inertielle hybride et pour générer un signal de 20 navigation inertielle hybride. Selon un aspect particulier, le capteur inertiel interférométrique à atomes froids est configuré pour mesurer un signal d'accélération par interférométrie atomique, la boucle de contre-réaction comprend un microprocesseur adapté pour intégrer le signal d'accélération en fonction du temps pour en déduire une mesure 25 de vitesse instantanée relative du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes, et le signal de modulation de la fréquence centrale du laser comporte une rampe proportionnelle à la mesure de vitesse instantanée. L'invention propose également un procédé de mesure inertielle hybride comprenant les étapes suivantes : 30 a. Génération d'une séquence d'impulsions laser en direction d'une bouffée d'atomes froids, chaque impulsion laser de la séquence d'impulsions laser ayant un désaccord en fréquence optique prédéterminé par rapport à une fréquence optique centrale de la source laser, et détection d'un signal de mesure inertielle par 3063141 9 interférométrie atomique relatif à un cadre de référence inertiel ; b. Détection d'un signal de mesure inertielle conventionnelle du cadre de référence inertiel ; c. Traitement du signal de mesure inertielle conventionnelle pour 5 générer en temps réel un signal de modulation de fréquence non- linéaire en fonction du signal de mesure inertielle, d. Modulation en temps réel la fréquence optique centrale du laser en fonction du signal de modulation, de manière à moduler en temps réel ladite séquence d'impulsions laser et à générer un 10 premier signal hybride de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé des mouvements relatifs du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes froids lors d'un cycle de mesure. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 15 La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement le principe d'un interféromètre 20 à atomes froids ; - la figure 2 représente schématiquement un interféromètre à atomes froids en configuration de Mach-Zehnder ; - la figure 3 représente un exemple de d'accéléromètre à atomes froids ; - la figure 4 illustre des mesures d'accélération dans un interféromètre à 25 atomes froids avec pré-compensation d'une accélération constante entre le référentiel du cadre et les atomes froids et une compensation temps réel de la phase; - la figure 5 représente schématiquement un système de mesure hybride à double boucle de contre-réaction pour corriger en temps réel les mesures d'un 30 capteur inertiel conventionnel au moyen du signal d'un capteur inertiel à atomes froids ; - la figure 6 représente schématiquement une variante d'un système de mesure à boucle de contre-réaction pour corriger en temps réel les mesures d'un capteur inertiel à atomes froids au moyen du signal d'un capteur inertiel 3063141 10 conventionnel ; - la figure 7 représente schématiquement une autre variante d'un système de mesure à boucle de contre-réaction pour corriger en temps réel les mesures d'un capteur inertiel à atomes froids au moyen des signaux d'un capteur 5 conventionnel ; - la figure 8 représente schématiquement un autre exemple de système de mesure hybride à boucle de contre-réaction pour corriger en temps réel une erreur de biais dans un accéléromètre conventionnel au moyen des mesures issues d'un interféromètre inertiel à atomes froids et la compensation de l'effet 10 Doppler aléatoire pour maintenir le contraste de l'interféromètre ; - la figure 9 illustre des mesures d'accélération dans un interféromètre à atomes froids avec correction en temps réel des erreurs de biais dans un accéléromètre conventionnel au moyen des mesures issues d'un interféromètre inertiel à atomes froids et la compensation de l'effet Doppler aléatoire pour 15 maintenir le contraste de l'interféromètre. Dans le présent document, on entend par correction en temps réel une correction effectuée pendant une mesure interférométrique et non pas entre deux mesures interférométriques. Dispositif 20 Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le principe d'un interféromètre atomique. On considère un nuage d'atomes ou une bouffée d'atomes froids 10. Généralement, la bouffée d'atomes froids 10 est initialement immobilisée dans un piège à atomes, formé par exemple de trois paires de faisceaux laser contra-propageants disposés suivant trois axes orthogonaux. Les 25 faisceaux laser sont éventuellement combinés avec un champ magnétique pour former un piège magnéto-optique (MOT pour magneto-optical trap). A un instant t=0, on ouvre le piège à atomes pour lancer ou faire tomber par gravité la bouffée d'atomes suivant une direction prédéterminée. Une source laser émet un champ d'interrogation constitué d'une 30 séquence d'impulsions lumineuses, de manière à interagir avec la structure fine des atomes par transfert de photons entre le champ d'interrogation et les atomes froids. La séquence d'impulsions laser produit une séparation cohérente de la bouffée d'atomes, au moins une redirection puis une recombinaison cohérente des faisceaux d'atomes. 306 3 1 4 1 11 Les impulsions lumineuses d'une séquence sont généralement espacées temporellement d'une durée T. On utilise en général une séquence de trois impulsions lumineuses appelée séquence « 7c/2- n - n/2 ». Les impulsions et un état excité 12, p0+hkeff> où keff= k1-Eke-'2k1. La vitesse des atomes induit un décalage quadratique de l'énergie des états, qui sont séparés en fréquence de la somme de la séparation hyperfine, notée WHF, entre ces deux états atomiques, du décalage Doppler, noté wp, induit par la vitesse relative des atomes, et de la fréquence de recul, notée Wrec, induite par l'absorption à deux 30 photons. Une bouffée d'atomes 10 est initialement dans l'état atomique 11, p0>. Un dispositif de source laser génère une première paire d'impulsions contra-propageantes définies par un vecteur d'onde k1 et respectivement -k2. Plus précisément, on génère deux impulsions co-propageantes de vecteurs d'ondes k1 3063141 13 et respectivement k2. Un miroir 8 est disposé de manière à réfléchir les deux impulsions co-propageantes et former deux autres impulsions co-propageantes de vecteurs d'onde -k1 et respectivement -k2. Les fréquences optiques des impulsions laser sont sélectionnées en fonction des niveaux atomiques de la 5 bouffée d'atomes de manière à interagir via une interaction à deux photons non- résonante. On utilise ici une première paire d'impulsions contra-propageantes constituée d'une impulsion de vecteur d'onde k1 et respectivement d'une impulsion de vecteur d'onde -k2. Cette première paire d'impulsions permet de séparer la bouffée d'atomes 10 en une première onde d'atomes 11 et une 10 deuxième onde d'atomes 12. Au cours de cette interaction, l'atome diffuse un photon de chaque faisceau pour un transfert de moment égal à h(k1-k2). Le désaccord 8 entre les deux photons qui détermine la condition de résonance pour la transition Raman est donné par: 8= Weff -(0)HF + WD + Wrec) 15 où Weff = W1 - W2 est la différence de fréquence optique entre les deux faisceaux lasers, wHF est la séparation entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental (WHF ,-,' 27cx 6.8 GHz pour l'atome 87Rb), wH représente le décalage Doppler du à la vitesse des atomes (Loci ,',' 27cx 100 kHz) et Wrec est la fréquence de recul (ou le décalage Doppler dû au recul d'un photon par un atome de masse M, 20 Wrec ,', 27cx 15 kHz). La force de la transition Raman est plus importante lorsque la fréquence optique centrale (notée fc) du laser est ajustée de manière à ce que 8=0. Dans ces conditions, la population des atomes oscille entre deux états internes en fonction du temps d'interaction avec les lasers. Ainsi, les impulsions Raman peuvent être ajustées pour séparer de manière cohérente ou réfléchir les 25 ondes d'atomes. Quand les impulsions Raman sont contra-propagatives (k2-k1), cette transition s'accompagne d'un échange de moment approximativement égal au double d'une transition à un photon : h(k2-k1),-2hk1. Ceci produit une forte sensibilité à l'effet Doppler associé au mouvement relatif de l'atome. Il existe différents types d'interféromètres à atomes : par exemple 30 l'interféromètre atomique de type Mach-Zehnder à 3 impulsions lumineuses, l'interféromètre atomique Ramsey Bordé à 4 impulsions lumineuses, ou encore les interféromètres de Talbot Lau/ contrast/ Kapitza Dirac à N impulsions où N est un entier supérieur à 4. La géométrie d'interféromètre atomique utilisée le plus souvent repose 3063141 14 sur une séquence d'impulsions « 7c/2 - n- 7[12 ». On obtient ainsi un interféromètre atomique de Mach-Zehnder tel qu'illustré sur la figure 2. Ici, la première paire d'impulsions 21 contra-propageantes, notée « 7c/2 », excite un atome dans un état initial pour générer une première onde d'atomes 11 et une deuxième onde 5 d'atomes 12. Pendant une durée T, les deux ondes d'atomes se propagent séparément. Une deuxième paire d'impulsion 22, notée « n », redirige la première onde d'atomes 11 et la deuxième onde d'atomes 12. Après un autre intervalle de temps T, une dernière paire d'impulsion 29 contra-propageantes, notée « 7c/2 », recombine la première onde d'atomes 11 et la deuxième onde d'atomes 12 pour 10 les faire interférer. On mesure les interférences en détectant sur l'un des deux ports de sortie 51, respectivement 52, la population relative N1, respectivement N2, associée à l'un des deux états, c'est à dire correspondant à l'une des ondes d'atomes 11, respectivement 12. Ces populations N1, respectivement N2, sont en 15 général mesurées par fluorescence résonante, plusieurs photons pouvant être diffusés par un seul atome. L'interféromètre Raman à trois impulsions excite uniquement deux trajets. L'interférogramme suit une fonction sinusoïdale : P1,2= N1,2 1 = 1(1 + C co.s.detot) N1+N2 2 20 où C représente le contraste des franges d'interférence et 3,(1)tot le déphasage interférométrique total accumulé. Selon l'orientation de la source d'atomes et de l'interféromètre atomique, le déphasage interférométrique est sensible à une accélération et/ou une rotation suivant une direction déterminée. Les interféromètres atomiques trouvent des 25 applications dans les senseurs inertiels de type gravimètre, gradiomètre, accéléromètre et gyromètre à atome froids. Une application particulièrement importante de l'interférométrie atomique concerne les accéléromètres à atomes froids (CAA pour cold atoms accelerometer). La figure 3 illustre un exemple d'accéléromètre basé sur un 30 interféromètre à atomes froids (CAA). Un nuage d'atomes froids 10 est formé dans une enceinte à vide 1. Un faisceau laser 20 est incident sur le nuage d'atomes 10 à travers une fenêtre 6 transparente. Le faisceau laser 20 est orienté suivant une direction définie par un vecteur k. Un miroir 8 est disposé de manière à rétro- 3063141 15 réfléchir le faisceau laser 20. Autrement dit, la normale 18 à la surface du miroir 8 est alignée suivant la direction du vecteur k. Ainsi, l'accéléromètre à atomes froids effectue une mesure suivant le faisceau laser, parallèlement au vecteur k. Un capteur inertiel classique 4, par exemple à base de MEMS, est fixé sur la face 5 arrière du miroir 8. Le senseur classique est disposé de manière à être sensible suivant l'axe de mesure k du capteur interférométrique. De préférence, la mesure du senseur classique est effectuée suivant le même axe k. De façon alternative, il suffit de connaître l'angle entre l'axe de la mesure classique et l'axe de la mesure par interférométrie atomique. Le senseur classique et le capteur interférométrique 10 peuvent être sensibles à des grandeurs différentes. Par exemple, le senseur classique mesure une rotation autour de l'axe du vecteur k et le capteur interférométrique mesure une accélération suivant l'axe du vecteur k. On note Z la direction verticale et X une direction horizontale d'un repère orthonormé (X, Y, Z). De manière générale, on considère une rotation de 15 l'orientation de l'accéléromètre à atomes froids par rapport à l'axe vertical Z et un vecteur d'accélération a, qui est généralement hors d'axe par rapport au vecteur k. Une telle rotation et une telle accélération constituent des sources d'erreurs non négligeables pour l'accéléromètre à atomes froids et/ou pour le capteur classique, qui ne dispose généralement pas d'une mesure de la rotation et de l'accélération 20 suivant les trois directions du repère orthonormé (X, Y, Z). La présente divulgation vise à corriger ces erreurs. Le déphasage total de l'accéléromètre à atomes froids s'exprime comme suit : Acritot = keff. aT2 - (Po où 00 est une constante et a représente l'accélération relative des 25 atomes par rapport au miroir de référence. La quantité 00 peut être liée à la phase du laser par exemple. La quantité 00 est généralement utilisée comme paramètre de contrôle pour balayer les franges d'interférences, ce qui rend possible la mesure du déphasage dû à l'accélération a. L'équation ci-dessus montre la forte sensibilité des interféromètres atomiques aux effets inertiels, tels que la gravité. 30 Comme ce déphasage est proportionnel à T2, avec un temps d'interrogation de T,-,10 ms et keff de l'ordre de 1.6x107 rad/m à une longueur d'onde de 780 nm, l'accélération due à la gravité induit un déphasage de 1.6x104 rad. En supposant 3063141 16 une incertitude de déphasage de l'ordre de 1 mrad par coup, la sensibilité de l'accéléromètre à la gravité est d'environ 6x10-8 g. Il est connu dans un gravimètre à atomes froids de moduler linéairement la différence de fréquence entre les faisceaux interférométriques à un taux a 5 adapté pour annuler le décalage de fréquence induit par effet Doppler. Ainsi, les atomes restent en résonance avec la transition à deux photons lorsqu'ils tombent par gravité. Dans ce cas, la différence de fréquence s'écrit weff(t) = 80 + a (t) Le déphasage total se réduit à : Jetot = (lieff.g - a)T 2 (9) 10 Cette relation permet d'effectuer la mesure de la gravité g suivant le procédé suivant. On cherche la valeur de a = ken. g pour laquelle le déphasage total de l'interféromètre s'annule : Jetot = O. Puis on en déduit g = alkeff 15 On suppose ici que l'angle entre le faisceau laser incident et le faisceau laser réfléchi est nul. Comme le signal de sortie est sinusoïdal, on obtient un minimum (ou respectivement un maximum) sur les franges à chaque déphasage de 2n. Par conséquent, la détermination du coefficient linéaire a de modulation de fréquence qui annule la gravité pour une certaine durée d'interrogation T est 20 ambigüe modulo 2n. Toutefois, l'équation (9) est indépendante de la durée d'interrogation T si et seulement si g=cdkeff. Il est possible de déterminer la frange centrale en comparant deux interférogrammes obtenus pour deux valeurs de durées d'interrogation T distinctes. La frange centrale a en effet une phase absolue de 25 référence égale à a = ken. g inchangée quelle que soit la valeur de T. Une fois la frange centrale identifiée, de nouvelles mesures de gravité peuvent être obtenues rapidement, une fois par cycle de CAA, par exemple toutes les 0,2 à 1s. Ceci est obtenu en inversant la probabilité P1,2 dans le domaine de réciprocité de la fonction cosinus pour obtenir le déphasage total : Acritot = cos 1(-±(2131,2 - 1)/6) 30 zle'tot On en déduit g = 17.1 keffT2 Le premier terme de cette équation correspond à la position de la frange 3063141 17 centrale (c'est-à-dire la modulation linéaire de fréquence qui annule l'effet Doppler induit par gravité sur les atomes) et le second terme correspond à une petite correction d'accélération qui prend en compte des déphasages incontrôlés (par exemple des vibrations du miroir 8 définissant un repère de référence) d'au plus 5 1T/kenT2. Par exemple, si T=10ms et keff=1.6x107 rad/s la correction d'accélération maximale est de 200 pg. Ceci implique aussi que la valeur de a soit déterminée avec une précision relative meilleure que 10-4. Par exemple, pour des atomes de rubidium 87, 8a «2n.2,5 kHz/s pour a-,27cx25 MHz/s est requis pour annuler la gravité g avec T=10 ms. 10 La figure 4 illustre un exemple de mesure d'accélération selon l'art antérieur. Sur la figure 4A, on a représenté un signal a(t) enregistré en fonction du temps au moyen d'un accéléromètre 4 conventionnel fixé sur le miroir 8 rétro-réfléchissant pendant une séquence d'impulsions 21, 22, 23 ou de manière équivalente 7c/2-7c-7c/2. Sur les figures 4A et 4B, on a représenté une accélération 15 constante ao s'appliquant aux atomes froids. Sur la figure 4B, on a aussi représenté une modulation linéaire de fréquence f(t) appliquée à la différence de fréquence entre faisceaux laser incidents pour l'interaction à deux photons, cette modulation linéaire de fréquence f(t) étant ajustée pour annuler l'effet Doppler induit par l'accélération constante ao sur les atomes froids. Sur les figures 4A et 20 4B, la courbe 14 retrace les mesures de vibrations sur le miroir 8 obtenues au moyen de l'accéléromètre conventionnel 4. La courbe 15 représente une phase de contrôle appliquée pour générer un saut de phase juste avant une séquence d'impulsions, de manière à ce que l'interféromètre fonctionne au voisinage de la demi-frange, dans le domaine de linéarité du signal. 25 Sur la figure 4C, on observe deux mesures 53, 54 du signal de l'interféromètre atomique au voisinage du déphasage total de ±7c/2. Ces mesures 53, 54 permettent une évaluation de ao. Toutefois, on constate une perte de contraste C. Cette perte de contraste entraîne une perte de sensibilité de l'interféromètre atomique. Si le contraste C 30 passe en dessous d'un seuil de contraste, l'interféromètre ne fonctionne plus. Il découle de la présente divulgation que cette perte de contraste est due au décalage Doppler induit par les vibrations qui ne sont pas compensées pendant chaque impulsion laser. Une première solution consiste à isoler le cadre supportant le miroir des 3063141 18 vibrations. Toutefois, cette solution ne s'applique pas dans les applications de navigation inertielle, où les vibrations font partie du mouvement du véhicule. Dans le cadre de la présente divulgation, une autre solution est basée sur une mesure temps réel des vibrations suivant la même direction que le CAA 5 au moyen d'un capteur classique 4 de type accéléromètre ou sismomètre et sur une évaluation du déphasage associé à ces vibrations en utilisant la sensibilité de l'interféromètre atomique au mouvement du cadre de référence. Par exemple, un accéléromètre classique mesure l'accélération en temps réel. Dans un autre exemple, un sismomètre mesure la vitesse. Le cadre de référence est défini par 10 un repère orthonormé lié à l'interféromètre atomique. Par exemple, le repère orthonormé du cadre de référence comprend la normale 18 à la surface du miroir et deux axes transverses à cette normale 18. Le capteur classique est orienté de manière à être sensible suivant l'axe de mesure du CAA. On suppose que l'angle entre l'axe de mesure du capteur 15 classique et l'ace de mesure du CAA est connu. De préférence, ces deux axes sont confondus. On définit la sensibilité d'une géométrie d'interféromètre atomique aux effets physiques induisant un déphasage par une fonction de sensibilité w(t). Cette sensibilité peut être définie en termes de vitesse wv(t) ou d'accélération w,(t) pour 20 des vibrations du cadre de référence. Le déphasage associé peut être calculé par intégration en fonction du temps : 2T 2T (Kt) = f Wv etblvib (t) dt = f Wa (t)avib(t)dt Où vvib(t) = f avib (t)' est une vitesse induite par vibration du cadre de référence à l'instant t. On suppose ici que avib n'inclue pas l'accélération constante (10 due par exemple à une composante de gravité. 25 Selon un mode de réalisation particulier, on intègre les signaux du capteur inertiel classique 4 en temps réel pour en déduire à chaque instant t une mesure de la vitesse induite par les vibrations du cadre de référence. La figure 5 représente schématiquement un système de navigation inertiel hybride basé sur un capteur inertiel conventionnel 4 et un capteur inertiel à 30 atomes froids 50. Une source laser 20 génère un champ d'interrogation du capteur inertiel à atomes froids 50. Le champ d'interrogation comprend une séquence d'impulsions laser. Le système de navigation inertiel comporte en outre une 3063141 19 boucle de contre-réaction en temps réel comprenant un système de traitement du signal 40 qui applique un signal de modulation à la source laser 20. Enfin, le système de navigation inertiel comporte une deuxième boucle de contre-réaction en temps réel comprenant un dispositif 30 de correction du signal provenant du 5 capteur inertiel conventionnel 4. Le capteur inertiel à atomes froids 50 peut être n'importe quel type d'interféromètre atomique. Le capteur inertiel à atomes froids 50 est par exemple un accéléromètre, un gravimètre, un gyroscope, un gradiomètre, un magnétomètre, utilisant une ou plusieurs sources d'atomes (tels que rubidium, 10 potassium...). Le capteur inertiel à atomes froids 50 est ici supposé être plus précis que le capteur inertiel conventionnel 4. Lors d'une première récurrence, une partie 132 du signal brut 14 du capteur inertiel conventionnel 4 est transmise au système de traitement du signal 40. Le système de traitement du signal 40 génère un signal de modulation 140 qui 15 intègre les éléments nécessaires pour compenser les effets d'un mouvement de rotation, d'accélérations ou de vibrations à basse fréquence du cadre de référence utilisé par le capteur inertiel à atomes froids 50. Ce signal de modulation 140 est transmis à la source laser 20 qui génère le champ d'interrogation du capteur inertiel à atomes froids 50. Le signal de 20 modulation 140 génère en temps réel une modulation 120 de la fréquence centrale de la source laser. Le champ d'interrogation est ainsi modulé en temps réel en fonction des mesures du capteur inertiel conventionnel 4. Dans un mode de réalisation particulier et avantageux, le capteur inertiel à atomes froids 50 produit un signal d'erreur 150 qui est utilisé pour corriger la 25 dérive de biais du capteur inertiel conventionnel 4 dans la deuxième boucle de contre-réaction. A la récurrence suivante, un calculateur 30 corrige une nouvelle mesure 14 provenant du capteur inertiel conventionnel 4 en fonction du signal d'erreur 150. Le calculateur 30 fournit donc un signal corrigé 130 qui constitue un 30 deuxième signal de mesure inertielle hybride. Une partie 131 du signal corrigé 130 est transmise pour utilisation à une centrale de navigation inertielle 100. La centrale de navigation inertielle 100 comprend en général trois gyroscopes, trois accéléromètres et un ordinateur. Ce signal corrigé 130 est beaucoup plus précis que le signal brut 14 issu du capteur inertiel conventionnel 4. Une autre partie 132 3063141 20 du signal corrigé 130 est transmise au système de traitement du signal 40 pour assurer la mise à jour de la boucle de contre-réaction en temps réel à la récurrence suivante. De cette manière, le signal brut 14 issu du capteur inertiel conventionnel 5 4 est corrigé périodiquement en utilisant le signal de sortie du capteur inertiel à atomes froids 50. On obtient ainsi un signal corrigé 130 du capteur inertiel conventionnel 4. La figure 6 illustre une variante comprenant une centrale de navigation inertielle 100, un capteur inertiel à atomes froids 50 et un capteur inertiel 10 conventionnel 4 fixé au référentiel du capteur inertiel à atomes froids 50. Les mêmes signes de référence désignent les mêmes éléments que sur la figure 5. Dans ce mode de réalisation, le capteur inertiel conventionnel 4 génère un signal brut 14. Une partie du signal brut 14 est transmise à la centrale de navigation inertielle 100 et une autre partie du signal brut 14 est transmise au système de 15 traitement du signal 40 qui génère un signal de modulation 140. Le signal de modulation 140 est appliqué à la source laser 20 pour moduler la fréquence centrale de la source laser. Ainsi, on contrôle en temps réel une différence de fréquence de la source laser 20. De cette manière, le capteur inertiel à atomes froids 50 génère un premier signal hybridé 151 de mesure inertielle par 20 interférométrie atomique qui est corrigé en temps réel des mouvements mesurés par le capteur inertiel conventionnel 4. Cette correction permet d'assurer le fonctionnement du capteur inertiel à atomes froids 50 malgré des mouvements aléatoires du référentiel. De façon optionnelle illustrée en pointillés sur la figure 6, le capteur 25 inertiel à atomes froids 50 produit un signal d'erreur 150 qui est utilisé pour appliquer une rétroaction directement sur le système de navigation inertielle 100, sans correction du capteur inertiel conventionnel 4. Le signal d'erreur 150 est constitué d'une partie du premier signal hybridé 151. De cette manière, le capteur inertiel à atomes froids 50 et capteur inertiel conventionnel 4 se corrigent 30 mutuellement. La figure 7 illustre une autre variante comprenant un capteur inertiel conventionnel 4, un calculateur 30 et un capteur inertiel à atomes froids 50. Dans cette variante, le capteur inertiel conventionnel 4 est fixé au référentiel du capteur inertiel à atomes froids 50. Le capteur inertiel conventionnel 4 peut être analogue 3063141 21 à celui décrit en lien avec les modes de réalisation illustrés en figures 5 et 6. Dans un exemple de réalisation, le capteur inertiel conventionnel 4 fait partie d'une centrale de navigation inertielle fournissant des mesures inertielles conventionnelles dans le référentiel du capteur inertiel à atomes froids 50. Par 5 exemple, la centrale de navigation inertielle fournit des mesures d'accélération et de rotation en 3 dimensions. Dans le mode de réalisation de la figure 7, le capteur inertiel conventionnel 4 et le calculateur 30 génèrent un signal de mesure inertielle 148, par exemple de mesure de rotation et/ou d'accélération suivant un axe ou 10 plusieurs axes déterminés. Comme indiqué plus haut, le signal de mesure inertielle 148 est par exemple issu de capteurs conventionnels d'une centrale de navigation inertielle, par exemple à base de composants MEMS. Ce signal de mesure inertielle 148 est transmis au système de traitement du signal 40 qui génère un signal de modulation 140. Le signal de modulation 140 est appliqué à la 15 source laser 20 pour moduler la fréquence centrale de la source laser. Ainsi, on contrôle en temps réel une différence de fréquence de la source laser 20. De cette manière, le capteur inertiel à atomes froids 50 génère un premier signal hybridé 151 de mesure inertielle par interférométrie atomique qui est corrigé en temps réel des mouvements mesurés par le capteur inertiel conventionnel 4 et le calculateur 20 30. Cette correction permet d'assurer le fonctionnement du capteur inertiel à atomes froids 50 quelle que soit les variations aléatoires d'orientation et/ou de position du référentiel. De façon optionnelle illustrée en pointillés sur la figure 7, le capteur inertiel à atomes froids 50 produit un signal d'erreur 150. Le signal d'erreur 150 est 25 constitué d'une partie du premier signal hybride 151 .Le signal d'erreur 150 est utilisé pour appliquer une rétro-action directement sur le calculateur 30 pour corriger finement les mesures du capteur inertiel conventionnel 4, et éventuellement du système de navigation inertielle 100 intégrant ce capteur 4, en fonction de la mesure du capteur inertiel à atomes froids 50. Ainsi, le capteur 30 inertiel à atomes froids 50 et le capteur inertiel conventionnel 4 se corrigent mutuellement. La figure 8 représente un exemple d'implémentation selon un autre mode de réalisation. Dans cet exemple, le capteur inertiel conventionnel 4 est un accéléromètre, par exemple à base de MEMS. Le capteur inertiel à atomes froids 3063141 22 50 est un accéléromètre à atomes froids qui mesure les mouvements du cadre de référence. L'accéléromètre conventionnel 4 produit en continu une mesure d'accélération 14, notée ace). Cette mesure d'accélération 14 comporte une 5 composante d'accélération ao qui correspond à l'accélération du système que l'on souhaite mesurer, une autre composante d'accélération, notée avib(t), qui est associée aux vibrations de l'appareil et une composante parasite de biais b(t), qui varie lentement en fonction du temps. D'où l'équation : a ci (t) = a0 + avib (t) + b(t) La centrale de navigation inertielle comporte un ordinateur 90. L'appareil 10 comporte en outre une horloge 80, un microprocesseur 41, un convertisseur 42 et un modulateur de fréquence optique 43. Une partie 142 de la mesure brute 14 issue de l'accéléromètre conventionnel 4 est transmise à un filtre 9 basse fréquence. Le filtre 9 basse fréquence extrait une mesure 19 de la composante continue d'accélération aDC. 15 Un calculateur 70 soustrait cette composante continue d'accélération apc de la mesure d'accélération 155 produite par l'accéléromètre à atomes froids 50. Le calculateur 70 produit ainsi un signal d'erreur 170. Un autre calculateur 30 calcule la somme de l'autre partie 141 de la mesure brute 14 et du signal d'erreur 170. Le calculateur 30 produit ainsi un signal d'accélération 130 qui est corrigé la dérive de 20 biais de l'accéléromètre conventionnel 4. On note que le signal d'erreur 170 est mis à jour à chaque cycle de mesure de l'accéléromètre à atomes froids 50. Le signal d'accélération 130 corrigé la dérive de biais est transmis à l'ordinateur 90. L'ordinateur 90 corrige la mesure d'accélération des effets induits par des mouvements, par exemple de rotation et génère une mesure 25 d'accélération ai(t), notée aussi 190. Une partie 191 de la mesure d'accélération ai(t) peut être transmise à un système de navigation inertielle 100 par exemple. De façon avantageuse, l'ordinateur de la centrale de navigation inertielle 100 peut transmettre un flux de donnée 193 à l'ordinateur 90. Ce flux de données 193 comprend par exemple des mesures de rotation effectuées par le(s) 30 gyromètre(s) de la centrale de navigation inertielle 100. Une autre partie 192 de la mesure d'accélération ai(t) est transmise au microprocesseur 41. Le microprocesseur 41 remplit deux fonctions. D'une part, le microprocesseur 41 intègre la mesure d'accélération ai(t) en fonction du temps 3063141 23 pour en déduire une mesure de vitesse relative 411 entre le cadre de référence et les atomes, qui sont par exemple en chute libre. L'horloge 80 déclenche un signal 180 de début d'un cycle de mesure et d'intégration. D'autre part, le microprocesseur 41 calcule une phase de contrôle 412 qui assure que 5 l'interféromètre fonctionne toujours au voisinage d'une demi-frange, où la sensibilité est maximum. La mesure de vitesse relative 411 est transmise à un microprocesseur 42 comprenant par exemple une combinaison de convertisseur numérique-analogique ADC et/ou DDS. Le microprocesseur 42 convertit la mesure de vitesse relative 411 en un signal radio-fréquence 420 qui correspond à 10 la fréquence Doppler fp du cadre de référence via la relation : fp(t)=keff vi(t) / 2n Un opérateur 43 calcule la somme du signal radio-fréquence 420 Doppler et de la fréquence centrale 2 de la source laser 20. Par exemple, on choisit fc 6.8 GHz pour la transition Raman de l'atome de rubidium 87. On obtient ainsi un autre signal radio-fréquence 430 qui est transmis à la source laser 15 20 de manière à ajuster la fréquence centrale de cette source laser 20. La phase de contrôle 412 est aussi transmise à la source laser 20 de manière à déclencher un saut de phase juste avant la dernière impulsion à 2T. La source laser 20 génère une séquence d'impulsions 120, par exemple 7c/2- 7c- 7c/2, en direction de l'accéléromètre à atomes froids 50. Ainsi, 20 pendant chaque impulsion, la différence de fréquence entre les faisceaux laser contra-propageants varie en temps réel suivant la composante continue d'accélération des atomes induite par la gravité et suivant les accélérations modulées en fréquence dues aux vibrations et aux mouvements de l'appareil. Cette boucle de contre-réaction en temps réel assure que le déphasage total 25 induit par les accélérations reste au voisinage de zéro et que le contraste des franges n'est pas diminué par décalage Doppler de la fréquence fc de la source laser. Pendant la dernière paire d'impulsions 7c/2, un saut de phase contrôlé de -±7c/2 est appliqué pour contrôler la position de la frange centrale, et assurer la sensibilité de la mesure d'accélération. 30 Pendant le même cycle de mesure, le comparateur 70 compare la mesure d'accélération 155 issue de l'accéléromètre à atomes froids 50 et la mesure 19 de la composante continue d'accélération app issue de l'accéléromètre conventionnel 4. Le comparateur 70 en déduit un signal d'erreur 170 pour le cycle de mesure suivant. Ainsi, le procédé d'asservissement basé sur une boucle de 3063141 24 contre-réaction est terminé. Pendant un cycle [0 ; 2T], on acquiert une mesure d'une composante continue composante de la mesure d'accélération 14. On calcule la moyenne de la mesure d'accélération 14 sur l'intervalle de temps [0 ; 2T]. La sortie de 5 l'accéléromètre à atomes froids 50 fournit une mesure précise de ao à chaque cycle. Sur la figure 9, illustre un exemple de mesure d'accélération selon un exemple de réalisation basé sur un système tel que décrit en lien avec la figure 5 ou la figure 8. 10 Sur la figure 9A, on a représenté un signal a(t) enregistré en fonction du temps au moyen d'un accéléromètre 4 conventionnel fixé sur le miroir 8 rétro-réfléchissant pendant une séquence d'impulsions 21, 22, 23 ou de manière équivalente 7c/2-7c-7c/2. Le signal brut représenté sur la figure 9A est analogue au signal de la figure 4A. Sur les figures 9A, 9B et 9C, on a représenté une 15 accélération constante ao s'appliquant aux atomes froids. Le signal a(t) enregistre les vibrations du miroir 8 de référence continument et en temps réel pendant les impulsions laser de l'interféromètre à atomes froids. Sur la figure 9B, on a aussi représenté en fonction du temps une intégrale du signal d'accélération fourni par l'accéléromètre classique. Le signal de 20 la figure 9B correspond à la vitesse relative vd(t) entre les atomes et le miroir 8 de référence. Le signal de la figure 9B inclue les mouvements relatifs du cadre de référence induits par des vibrations. Sur la figure 9C, le signal 411 de la vitesse relative vd(t) est converti en une rampe de fréquence non linéaire 420. La rampe de fréquence non linéaire 420 25 est ajoutée à la fréquence fc pour former un signal de fréquence 430 modulé en temps réel. La rampe de fréquence non linéaire permet d'annuler automatiquement les déphasages induits par des accélérations ou des vibrations du cadre de référence, autrement dit du miroir 8, et compense l'effet Doppler. Un saut de phase est appliqué juste avant la dernière impulsion 23 d'une 30 séquence d'impulsions, de manière à ce que l'interféromètre fonctionne au voisinage de la demi-frange, dans le domaine de linéarité du signal. Sur la figure 9D, on observe deux mesures 55, 56 du signal provenant de l'interféromètre atomique au voisinage du déphasage total de ±7c/2. Ces mesures 55, 56 permettent une évaluation précise de l'accélération ao. 3063141 25 En effet, aucune perte de contraste n'est constatée du fait de la suppression en temps réel de l'effet des vibrations. Nous avons décrit un mode de réalisation basé sur l'hybridation d'un capteur d'accélération classique et d'un accéléromètre basé sur un interféromètre 5 à atomes froids (CAA). Toutefois, le principe de système hybride à boucle de contre-réaction s'applique également à d'autres types de capteurs inertiels. Dans un autre exemple, on utilise le capteur inertiel classique est un gyromètre adapté pour mesurer une rotation du système autour d'un axe de 10 rotation et des variations en rotation. Dans ce cas, l'interféromètre à atomes froids est avantageusement configuré pour mesurer une rotation, de préférence autour du même axe de rotation. De façon particulièrement avantageuse, le capteur inertiel classique est un capteur adapté pour mesurer les accélérations et les rotations suivant 6 degrés 15 de liberté et, de manière analogue, le système interférométrique à atomes froids est configuré pour mesurer les accélérations et les rotations suivant les 6 degrés de liberté. On dispose ainsi d'un système inertiel complet, corrigé pour chacun des 6 degrés de liberté. Un tel système hybride fournit des mesures de position et d'orientation 20 sur une gamme de mesure très étendue, ces mesures étant corrigées des mouvements du référentiel du système inertiel. REVENDICATIONS1. Système hybride de mesure inertielle comprenant : - un capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50) comprenant une source laser (20) adaptée pour générer une séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) en direction d'une bouffée d'atomes froids (10) et un système de détection d'un signal de mesure inertielle par interférométrie atomique relatif à un cadre de référence inertiel, et - un capteur inertiel conventionnel (4, 100) fixé au cadre de référence inertiel du capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50), le capteur inertiel conventionnel (4, 100) étant adapté pour fournir un signal de mesure inertielle conventionnelle (14, 148) du cadre de référence inertiel, caractérisé en ce que le système hybride comporte un système électronique à boucle de contre-réaction comprenant: - un système de traitement du signal (40, 41, 42) adapté pour recevoir un signal de mesure inertielle (14, 141, 148) du capteur inertiel conventionnel (4, 100), le système de traitement du signal (40, 41, 42) étant adapté pour générer en temps réel un signal de modulation de fréquence (140, 420) non-linéaire en fonction du signal de mesure inertielle (14, 141, 148), - chaque impulsion laser de la séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) ayant un désaccord en fréquence optique prédéterminé par rapport à une fréquence optique centrale (2) de la source laser (20), le système électronique à boucle de contre-réaction étant configuré pour moduler en temps réel la fréquence optique centrale du laser (20) en fonction du signal de modulation (140, 420), de manière à moduler en temps réel ladite séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) et à ce que le capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50) génère un premier signal hybride (151) de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé des mouvements relatifs du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes froids (10) lors d'un cycle de mesure. 3063141 27 2. Système hybride selon la revendication 1 dans lequel le cadre de référence inertiel comporte un composant optique réfléchissant (8) disposé de manière à rétro-réfléchir la séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) et à générer une séquence d'impulsions laser contra- 5 propageantes en direction de la bouffée d'atomes froids (10), le capteur inertiel conventionnel (4, 100) étant fixé au composant optique réfléchissant (8) du capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50). 3. Système hybride selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel le 10 système de traitement du signal (40, 41, 42) est adapté pour générer en outre un signal de correction du déphasage (412) de la source laser (20) 4. Système hybride selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant en outre un générateur de saut de phase configuré pour générer un 15 échantillonnage adapté pour extraire une mesure de phase de frange d'interférence. 5. Système hybride selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le système de traitement du signal (40, 41, 42) est adapté pour générer signal de modulation de fréquence comprenant une composante linéaire 20 de modulation et une composante non-linéaire de modulation en fonction du temps. 6. Système hybride selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le capteur inertiel conventionnel (4) comporte un sismomètre, un accéléromètre à base de MEMS, un gyromètre à base de MEMS, un 25 gyromètre laser ou un gyromètre à fibre optique. 7. Système hybride selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant un calculateur (30) adapté pour recevoir une partie (150) du premier signal hybride (151), le calculateur (30) étant adapté pour générer un deuxième signal de mesure inertielle hybride (130, 132, 148, 149) en 30 fonction du signal de mesure inertielle conventionnelle (14) et de la partie (150) du premier signal hybride issu du capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50). 8. Système hybride selon la revendication 7 dans lequel le capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50) est adapté pour générer un signal 3063141 28 d'erreur (150, 170) par différence entre le signal (150, 155) de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé à une récurrence N du cycle de mesure et le signal (150, 155) de mesure inertielle par interférométrie atomique à une récurrence N-1, où N est un nombre 5 entier naturel supérieur ou égal à deux, et dans lequel le calculateur (30) est adapté pour recevoir le signal d'erreur (150, 170) et une première partie du signal de mesure inertielle (14, 141) du capteur inertiel conventionnel (4), le calculateur (30) étant adapté pour en déduire le deuxième signal de mesure inertielle hybride (130, 132, 148, 149). 10 9. Système hybride de mesure inertielle selon la revendication 8 dans lequel le système de traitement du signal (40, 41, 42) est adapté pour recevoir le deuxième signal de mesure inertielle hybride et dans lequel le système de traitement du signal (40, 41, 42) est adapté pour prélever une partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride (130, 132, 15 148, 192) en remplacement du signal de mesure inertielle (14, 141, 148) du capteur inertiel conventionnel (4, 100) et pour générer en temps réel un signal de modulation de fréquence non-linéaire (140, 420) en fonction de ladite partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride (130, 132, 148, 192). 20 10.Système hybride selon l'une des revendications 8 à 9 comprenant en outre un coupleur configuré pour prélever en temps réel une autre partie du signal de mesure inertielle (142) issu du capteur inertiel conventionnel (4), un filtre (9) passe-bas adapté pour filtrer une composante continue de ladite autre partie du signal de mesure 25 inertielle (142), un comparateur (70) adapté pour comparer une composante continue (19) de ladite autre partie du signal de mesure inertielle conventionnelle avec le signal de mesure inertielle (155) par interférométrie atomique pour en déduire un signal d'erreur de biais (170) du capteur inertiel conventionnel, et le calculateur (30) étant 30 adapté pour recevoir le signal d'erreur de biais (170) et la première partie du signal du signal de mesure inertielle (14, 141) du capteur inertiel conventionnel, le calculateur (30) étant adapté pour calculer en temps réel le deuxième signal de mesure inertielle hybride (130) par différence entre la première partie du signal de mesure inertielle (14, 3063141 29 141) du capteur inertiel conventionnel (4) et le signal d'erreur de biais (170). 11. Système hybride de mesure inertielle selon l'une des revendication 8 à 10 dans lequel le calculateur (30) est adapté pour transmettre une 5 autre partie du deuxième signal de mesure inertielle hybride (131, 191) vers une sortie du système hybride de mesure inertielle. 12. Système hybride de mesure inertielle selon la revendication 7 seule ou en combinaison avec l'une des revendications 8 à 11 dans lequel le capteur inertiel conventionnel (4, 100) et le calculateur (30) font partie 10 d'une centrale de navigation inertielle (100) comprenant trois accéléromètres, trois gyromètres et un ordinateur adapté pour générer un signal de navigation inertielle basé sur les mesures des trois accéléromètres et des trois gyromètres, la centrale de navigation inertielle étant adaptée pour recevoir ladite partie (150) du premier 15 signal hybride (151), la centrale de navigation inertielle (100) étant adaptée pour générer un signal hybride de navigation inertielle (152) en fonction du signal de navigation inertielle et de la partie (150) du premier signal hybride issu du capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50). 20 13.Système hybride de mesure inertielle selon la revendication 12 dans lequel la centrale de navigation inertielle est adaptée pour recevoir une partie (150) du premier signal de mesure inertielle hybride (151) et/ou du deuxième signal de mesure inertielle hybride (131, 191) et pour générer un signal de navigation inertielle hybride. 25 14.Système hybride selon l'une des revendications 7 à 13 dans lequel le capteur inertiel interférométrique à atomes froids (50) est configuré pour mesurer un signal d'accélération par interférométrie atomique, la boucle de contre-réaction comprenant un microprocesseur (41) adapté pour intégrer le signal d'accélération en fonction du temps pour en déduire 30 une mesure de vitesse instantanée relative du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes (10), et en ce que le signal de modulation (420) de la fréquence centrale du laser comporte une rampe proportionnelle à la mesure de vitesse instantanée. 3063141 30 15. Procédé de mesure inertielle hybride comprenant les étapes suivantes : a. Génération d'une séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) en direction d'une bouffée d'atomes froids (10), chaque impulsion laser de la séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) ayant un 5 désaccord en fréquence optique prédéterminé par rapport à une fréquence optique centrale (2) de la source laser (20), et détection d'un signal de mesure inertielle par interférométrie atomique relatif à un cadre de référence inertiel ; b. Détection d'un signal de mesure inertielle conventionnelle (14, 10 148) du cadre de référence inertiel ; c. Traitement du signal de mesure inertielle conventionnelle (14, 148) pour générer en temps réel un signal de modulation de fréquence (140, 420) non-linéaire en fonction du signal de mesure inertielle (14, 141, 148), 15 d. Modulation en temps réel la fréquence optique centrale du laser (20) en fonction du signal de modulation (140, 420), de manière à moduler en temps réel ladite séquence d'impulsions laser (21, 22, 23, 29) et à générer un premier signal hybride (151) de mesure inertielle par interférométrie atomique corrigé des mouvements 20 relatifs du cadre de référence inertiel par rapport à la bouffée d'atomes froids (10) lors d'un cycle de mesure.