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Carioqa : l'échelle quantique appliquée à la masse gravitationnelle de la Terre

Les agences spatiales française (Cnes) et allemande (DLR) ont le feu vert pour développer la mission de démonstration européenne Carioqa. Celle-ci prévoit d'utiliser en orbite des accéléromètres quantiques afin de cartographier la gravité terrestre à l'échelle globale mais avec une plus grande précision. Ces données pourraient permettre de prédire des séismes, des éruptions volcaniques, d'évaluer les changements dans les réserves d'eau globale, etc.

Prédire la prochaine survenue d’un séisme ou d’une éruption volcanique, évaluer les pertes de glace ou d’eau à l’aune du changement climatique... Ces défis scientifiques pourraient être relevés grâce à des instruments quantiques orbitaux actuellement à l’étude. Initiée en décembre 2022, l’ambitieuse mission de démonstration technologique Carioqa est entrée le 16 janvier "dans la phase A de faisabilité, explique Christine Fallet, chef du projet au Centre national d'études spatiales de France (Cnes). Pendant un an, nous allons non seulement étudier l'instrument mais aussi le satellite et le segment sol qu'il faut mettre en place pour cette mission. L’objectif est de mettre la mission en orbite avant la fin de la décennie, soit à l’horizon 2030."

Un accéléromètre atomique pour la première fois à bord d'un satellite

Concrètement, la mission Carioqa PMP (pour Cold Atom Rubidium Interferometer in Orbit for Quantum Accelerometry – Pathfinder Mission Preparation) vise à embarquer, pour la première fois à bord d'un satellite, un accéléromètre atomique. Les accéléromètres font aujourd’hui partie de notre quotidien en mesurant par exemple, avec notre smartphone, notre nombre de pas effectués ou de kilomètres parcourus et la vitesse de déplacement.

Pour cela, ils mesurent en trois dimensions les accélérations linéaires d'un objet mobile. "Qu’il s’agisse d’accéléromètres classiques ou quantiques, le principe est le même : on mesure avec des capteurs de position les déplacements d’une masse-test au cœur de l'instrument de manière à en déduire l'accélération, explique Thomas Lévèque, responsable de l'instrument Carioqa au Cnes. Dans les accéléromètres classiques, cette masse-test est une masse macroscopique, un petit cube en métal par exemple. Pour les accéléromètres atomiques, dits quantiques, le rôle de cette masse-test est joué par un gaz d'atomes de rubidium ralentis dans une enceinte à vide par des faisceaux laser. Ils sont ainsi extrêmement refroidis jusqu’à quelques picok[...]

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