Prix LNE de la recherche 2017

Les lauréats

Le prix LNE de la recherche 2017 a été attribué à trois chercheurs du LNE-SYRTE : Jocelyne Guéna, Daniele Rovera et Michel Abgrall pour leurs travaux sur le temps-fréquence.

Les lauréats 2017

Jocelyne Guéna

Jocelyne Guéna

Jocelyne Guéna est directrice de recherche au CNRS. Ancienne élève à l'Ecole Normale Supérieure, elle a obtenu son Doctorat d'Etat en 1985, dans l’équipe de Marie-Anne Bouchiat au Laboratoire Kastler Brossel, sur la première observation de la Violation de la Parité dans l'atome de césium, qui constitue un test expérimental à basse énergie des théories d'unification des interactions fondamentales. Jocelyne Guéna a poussé la précision de ces mesures de Violation de la Parité et reçu en 1999 le prix Servant de l'Académie des Sciences pour sa contribution à ce champ de recherche.

En 2005, Jocelyne Guéna effectue un changement de thématique vers la métrologie des étalons de fréquence. Elle passe deux années en Suisse, à l'Observatoire de Neuchâtel puis au METAS à Bern, où elle participe au développement d'une fontaine atomique à jet de césium continu refroidi par laser. En 2007, elle rejoint le LNE-SYRTE à l'Observatoire de Paris. Elle se consacre au développement à l'état de l'art des fontaines à atomes froids de césium et rubidium du LNE-SYRTE, à leurs applications à la métrologie temps-fréquence et aux tests de physique fondamentale.
 

Giovanni Daniele Rovera

Daniele Rovera

Giovanni Daniele Rovera est ingénieur-chercheur LNE. Il a obtenu en 1981 la "Laurea di dottore in ingeneria elettronica" au Politecnico di Torino. De 1981 à 1984 il a travaillé à l'Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris (INRIM) sur le transfert de temps, le développement d'un étalon de fréquence à 600 GHz utilisant le magnésium et sur les études des effets systématiques dans les horloges à césium commerciales. Ses activités parallèles l'amènent à développer une petite entreprise pour la réalisation d'instruments dédiés aux sports aériens. 

En 1989 il intègre le LPTF (actuel LNE-SYRTE) à l'Observatoire de Paris. Il y a contribué à la réalisation de l'horloge à césium à pompage optique (JPO) et au développement d'étalons de fréquence basés sur des lasers infrarouge et visible. Il a été responsable de la chaîne de synthèse de fréquence reliant les étalons dans le domaine des microondes à l’infrarouge moyens, et du développement de la première chaîne reliant directement les fréquences micro-ondes au visible, basée sur un laser femtoseconde. En 2006 il change d'orientation pour travailler sur la partie Temps et sur la fontaine atomique transportable FOM au sein du LNE-SYRTE. 

 

Michel Abgrall

Michel Abgrall est ingénieur de recherche CNRS. Il a obtenu son Doctorat en 2003 sur la caractérisation et l'exploitation de la fontaine atomique transportable FOM au LNE-SYRTE. De 2004 à 2007, il travaille au CNES (Toulouse) sur la caractérisation au sol du modèle d'ingénierie de l'horloge spatiale à atome froids PHARAO et sur la simulation de ses performances attendues en vol. Il revient par la suite au LNE-SYRTE pour préparer le segment sol de la mission spatiale ACES. 

Ses activités portent alors sur la génération et la distribution d'une référence ultrastable basée sur un oscillateur cryogénique et un ensemble de masers à hydrogène, l'amélioration de l'échelle de temps UTC(OP) et l'exploitation des fontaines atomiques du laboratoire pour l'amélioration de leurs performances et pour leurs applications en métrologie temps-fréquence et en physique fondamentale. Il est responsable du service opérationnel des Références nationales de temps depuis 2011.

Réaliser des étalons de temps

Afin de réaliser le temps atomique international (TAI) et le temps universel coordonné (UTC), qui sont les échelles de temps sur lesquelles repose notre société, il est nécessaire de disposer d’étalons de fréquence d’une précision extrême. Jocelyne Guéna, Daniele Rovera et Michel Abgrall travaillent depuis plusieurs années, au sein de l'Observatoire de Paris, à la réalisation et à l’utilisation de ces étalons primaires de temps et de fréquence. Ils ont notamment mis en œuvre un ensemble unique de fontaines atomiques et développé des méthodes et des moyens qui conduisent, depuis plus de 10 ans, à une disponibilité exceptionnelle des étalons Temps-fréquence à une exactitude optimale.

Ils ont également développé une nouvelle méthode de réalisation d’UTC(OP), réalisation physique d’UTC de l’Observatoire de Paris et base du temps légal français, établie à partir d’un maser à hydrogène piloté à l’aide d’une ou plusieurs fontaines atomiques. Cette réalisation est l’une des meilleures au monde et ne diffère d’UTC que de quelques nanosecondes !

Gros plan sur les travaux

Photo horloge

En 2017 nous avons célébré le 50ème anniversaire de la « seconde atomique ». En effet, depuis 1967 la seconde, dans le Système international d’unités (SI), n’est plus définie selon les périodes de rotation de la Terre mais d’après la période de radiation d’un atome de césium. Cette définition, bien que plus précise et stable, nécessite la mise en place d’instruments métrologiques de pointe et d’une solide expertise afin de réaliser des étalons de références.

Il s’agit d’abord d’étudier de manière toujours plus approfondie la physique au cœur de l’étalon pour obtenir les meilleures exactitudes. Puis développer la fiabilité, le contrôle et pour certaines applications, la transportabilité des étalons, afin de rendre ce niveau ultime de performances effectivement disponible pour les utilisateurs. Enfin, il s’agit de transférer les performances des étalons de fréquence aux échelles de temps, en particulier le temps atomique international (TAI), le temps universel coordonné (UTC) et les représentations physiques locales d’UTC.

C’est ce à quoi ce sont employés Jocelyne Guéna, Daniele Rovera et Michel Abgrall avec le plus grand succès au cours des dernières années. 

Ils ont de plus apporté une grande attention à la pérennité de leurs travaux, tout en faisant preuve d’une remarquable disponibilité pour leur exploitation. Parmi les très nombreux résultats qui en découlent, on retiendra :

  • Une contribution majeure à l’élaboration du temps atomique international, représentant plus de 40 % de tous les étalonnages du TAI depuis 10 ans.
  • La réalisation des premiers étalonnages du temps atomique international basés sur une représentation secondaire de la seconde : la transition hyperfine de l’atome du rubidium.
  • Des mesures absolues de fréquence à l’état de l’art. En particulier, des mesures de fréquences optiques déterminantes pour le raccordement des domaines optiques et micro-ondes, et pour l’avancée vers une redéfinition de la seconde à partir du domaine optique.
  • La réalisation de tests des lois physiques fondamentales qui contribuent à la quête d’une théorie unifiée des 3 interactions (électrofaible, forte et gravitationnelle) et à la recherche de la matière noire.
  • Des tests à l’état de l’art de méthodes de transferts de temps par satellites et par fibre optique.
  • La caractérisation de l’horloge spatiale à atomes froids PHARAO (Projet d’Horloge Atomique à Refroidissement d’Atomes en Orbite) développée par le CNES et l’industrie française.
  • La mise à disposition des références nationales de temps par plusieurs méthodes et pour de nombreuses applications scientifiques, industrielles et sociétales. Par exemple, le CNES, la DGA ou encore des industriels des télécommunications utilisent des raccordements aux références nationales de temps du LNE-SYRTE pour leurs activités.

Fontaine atomique

Fontaine atomique : Les étalons primaires de fréquence de notre époque, basés sur l’atome de césium, sont réalisés grâce au refroidissement d’atomes par laser en configuration de fontaine atomique.

 

 

 

 

 

 

 

 

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