Technologie
Un capteur quantique dans le diamant, lu à la lumière.
Un centre azote-lacune (NV) est un défaut du diamant qui se comporte comme une minuscule boussole que l’on lit à la lumière. Il fonctionne à température ambiante, et le réseau cristallin lui donne le sens de l’orientation. Nous concevons des instruments autour de lui, en commençant par la navigation.
Le principe
Comment un diamant lit le champ magnétique de la Terre.
Trois temps, de la carte au spin. Aucune équation.
Illustration : un relief magnétique, et une route qui le traverse. Étape 1 : La Terre a une empreinte
Les roches magnétiques de la croûte déforment le champ terrestre, un peu différemment partout. Une grande partie de ce relief a été cartographiée, depuis les airs et en mer, plus finement à certains endroits qu’à d’autres.
Étape 2 : Une résonance, comme en IRM
Un centre NV, un défaut du diamant, porte un spin que des micro-ondes mettent en résonance, comme dans un appareil d’IRM. Lumière verte à l’entrée, lumière rouge à la sortie : la lueur rouge baisse aux fréquences de résonance, et le champ les déplace. La position des creux donne le champ.
Étape 3 : La cohérence du spin
Comme une toupie, le spin tourne autour du champ, plus vite quand le champ est plus fort. Garder ce rythme s’appelle la cohérence : plus elle dure, plus la mesure est fine.
Pourquoi le diamant
Température ambiante. Tient sur la plateforme. Quatre axes cristallins.
Ce que cela change sur un véhicule
Sans cryogénie
Le centre NV fonctionne à température ambiante, sans vide ni consommable.
Tient sur la plateforme
Chocs, vibrations, rayonnements : l’élément sensible est un cristal solide. Nous concevons la tête de mesure autour de lui, pour l’embarquer sur le véhicule.
Aucun signal extérieur
Passif : il lit le champ propre de la Terre et n’a besoin d’aucun signal extérieur. Une source magnétique placée à proximité peut perturber un magnétomètre. L’instrument est conçu pour le détecter et le dire.
Quatre axes cristallins : le vecteur vient du réseau.
Dans le diamant, un centre NV s’oriente selon l’une des quatre directions fixées par le réseau cristallin. Chaque direction capte la part du champ magnétique qui lui est parallèle.
Lues ensemble, elles donnent le vecteur complet : son intensité et sa direction.
Par exigence
Ce qu’un véhicule demande à un capteur magnétique.
D’autres ont fait voler des capteurs NV avant nous. Le diamant apporte les trois premières réponses, et leur qualité dépend du matériau, qui fait partie de notre travail. Les deux dernières dépendent de la conception de l’instrument.
- Fonctionner sans cryogénie
- Température ambiante, rien à remplir.
- Origine : Le matériau
- Supporter vibrations et chocs
- Un cristal solide, porté par la tête de mesure.
- Origine : Le matériau, puis la conception de la tête
- Mesurer le champ comme un vecteur
- Quatre axes cristallins : le vecteur vient du réseau.
- Origine : Le matériau
- Écarter le champ propre du véhicule
- L’instrument rejette à bord le champ magnétique propre de la plateforme.
- Origine : La conception de l’instrument
- Dire jusqu’où chaque position est fiable
- Chaque recalage vient avec sa borne d’erreur.
- Origine : La conception de l’instrument
Qualitatif. Tout ce qui dépend de notre conception, tête de mesure comprise, reste une intention de conception tant qu’il n’est pas démontré sur le matériel.
Où nous en sommes →La simulation d’abord
Chaque conception passe d’abord par la simulation.
Avant tout matériel, nous simulons toute la chaîne : le relief magnétique, un véhicule avec son propre champ magnétique, le capteur et le filtre de navigation. Une petite équipe peut ainsi comparer des conceptions avant que rien ne soit fabriqué.
À calibrer, utile en relatif.
La simulation nous dit quelle conception est la meilleure, pas ce que mesurera un prototype. Ses chiffres sont marqués « issus du modèle », et les mesures sur le matériel la calibreront.
100+
expériences publiées dans notre registre de validation
La validation quantitative porte sur celles dont les conditions expérimentales sont assez bien documentées, et la liste est disponible sur demande.
Quand le modèle et une expérience divergent, l’expérience l’emporte et le modèle change.
Comment le registre est tenu →Où nous en sommes