Résumé de la thèse
Cette thèse a pour objectif l’amélioration de l’exactitude du gravimètre atomique du LNE-SYRTE. Ce gravimètre utilise des techniques d’interférométrie atomique pour déterminer l’accélération de la pesanteur g subie par des atomes de rubidium 87 en chute libre. Il constitue la référence métrologique nationale pour la mesure de g et ses biais sont donc évalués avec la meilleure incertitude possible.
Au début de la thèse, l’incertitude était de 4,3 μGal (43 nm·s–2), dominée par l’incertitude associée au biais lié aux aberrations du front d’onde des lasers Raman utilisés pour réaliser les séparatrices lumineuses de l’interféromètre, à hauteur de 4,0 μGal à elle seule. Pour réduire cet effet, une source d’atomes ultra froids a été mise en œuvre et g a été mesuré sur une large gamme de températures. Le développement d’un modèle de l’expérience accompagné d’une simulation de l’impact des fronts d’onde sur la mesure a permis d’évaluer pour la première fois ce biais avec une incertitude record de 1,3 μGal, soit trois fois meilleure que précédemment. Un nouveau système de mesure a également été développé pour mesurer directement les puissances des faisceaux lasers Raman, qui sont des impulsions courtes. Il a permis de caractériser et contrôler ces puissances dont les fluctuations sont responsables de biais lors de la mesure de g, tels que les déplacements lumineux à un et deux photons. Cela a permis de mettre en évidence un nouveau biais qui dépend de l’aire totale des impulsions de l’interféromètre.
Le gravimètre fait partie intégrante de l’expérience de la balance de Kibble du LNE. Il a d’ailleurs permis de mesurer localement la valeur de g avec une faible incertitude pour déterminer la constante de Planck par la pesée d’un kilogramme. Les travaux menés au cours de cette thèse ont ainsi contribué à la révolution qu'a connue le Système international d'unités (SI), par la décision de réviser le SI en fixant la valeur numérique de 7 constantes dont la constante de Planck et en modifiant la définition du kilogramme, entrée en vigueur le 20 mai 2019.
Mots clés
gravimétrie, métrologie fondamentale, capteur inertiel, interférométrie atomique, transition Raman, atomes ultra-froids, piège dipolaire, balance de Kibble, redéfinition du kilogramme
Texte intégral
Consultez la thèse : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02950853