La chambre à vide de la taille d’un avocat placée dans le dispositif d’essai.

Les Sandia National Laboratories aux Etats-Unis développent une chambre à vide de la taille d’un avocat, faite de titane et de saphir, qui pourrait un jour utiliser des capteurs de mécanique quantique pour fournir une navigation de qualité GPS sans avoir besoin de satellites.

En l’espace de quelques décennies seulement, le GPS est passé d’une technologie militaire à des applications quotidiennes si nombreuses que la société moderne en dépend désormais. Cependant, le GPS n’est pas toujours disponible dans des endroits tels que les hautes latitudes polaires ou les vallées montagneuses profondes, et il peut être brouillé ou usurpé.

La vulnérabilité du GPS et des systèmes similaires réside dans leur dépendance vis-à-vis des constellations de satellites en orbite autour de la Terre. Ces satellites émettent des signaux horodatés qui sont synchronisés avec des horloges atomiques. Grâce à ces signaux, un récepteur GPS intégré à un objet aussi petit qu’une montre-bracelet peut utiliser l’effet Doppler sur les signaux des satellites lorsqu’ils passent au-dessus de la Terre pour déterminer de manière extrêmement précise la position et la vitesse du récepteur. Si ces signaux sont interrompus ou corrompus, le système échoue.

Une autre solution est une technologie qui a été développée à l’origine pour les fusées militaires pendant la Seconde Guerre mondiale et qui est couramment utilisée sur les sous-marins immergés pour trouver leur chemin. Baptisé guidage inertiel, il s’agit d’un système entièrement autonome qui utilise des gyroscopes et des accéléromètres pour calculer la position du dispositif de navigation par rapport à une position fixe connue.

Le nouveau système autonome pourrait fournir des repères de navigation de type GPS.

Pour ce faire, il mesure chaque rotation et mouvement de l’appareil le long des trois axes. Si ces mesures sont suffisamment précises, les résultats peuvent rivaliser avec ceux du GPS.

Le problème est que, comme le GPS, les systèmes de guidage inertiels doivent être très précis et avoir le même niveau de chronométrage qu’une horloge atomique. C’est possible avec les systèmes existants qui utilisent des gyroscopes mécaniques ou font passer des lasers à travers des nuages de rubidium gazeux pour mesurer les effets quantiques, mais ces systèmes reposent sur des systèmes à vide lourds et coûteux qui éliminent toutes les molécules d’air susceptibles de perturber les mesures.

L’approche de l’équipe de Sandia consiste à prendre des capteurs quantiques sur mesure et robustes et à les placer dans une chambre d’un volume de seulement un centimètre cube. Cette chambre est fabriquée en titane avec des fenêtres en saphir – des matériaux qui empêchent très bien les fuites, même de gaz comme l’hélium, contrairement à l’acier inoxydable et au verre Pyrex.

La chambre peut maintenir un vide relativement poussé pendant une longue période, mais au lieu d’utiliser des pompes complexes et lourdes pour produire ce vide, l’équipe s’est rabattue sur une vieille technologie électronique appelée getters. Si vous avez déjà regardé une vieille valve de radio, vous avez peut-être vu une tache argentée ou de suie à l’intérieur de la partie supérieure du tube. Cela est dû à un getter, qui est un bouchon chimique formé autour d’un filament.

Lors de la fabrication d’une valve, le vide à l’intérieur n’était pas assez poussé, si bien qu’un courant passait à travers le bouchon. Cela a déclenché une réaction chimique qui a absorbé toutes les molécules d’air errantes.

Dans le cas de la chambre de Sandia, les getters (pièges à gaz) ont la taille d’une gomme à crayon et sont placés dans deux tubes étroits qui dépassent de la chambre. On ne sait pas combien de temps la chambre pourra maintenir le vide, aussi l’équipe vise-t-elle à en garder une scellée et opérationnelle pendant cinq ans. En attendant, les chercheurs s’attacheront à rendre le dispositif moins encombrant et plus facile à fabriquer.

https://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/5.0053885

https://newsreleases.sandia.gov/quantum_navigation/