Prix LNE de la recherche 2018

Les lauréats

Le Prix de la recherche 2018, le LNE a été attribué à Wilfrid Poirier et Félicien Schopfer pour leurs travaux majeurs en métrologie électrique.

Les lauréats 2018

Wilfrid POIRIER

Wilfrid Poirier, lauréat du prix LNE de la recherche 2018Ancien élève de l’Ecole supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris, Wilfrid Poirier effectue une thèse sur le transport électronique quantique au CEA et reçoit son titre de docteur en physique du solide en 1997. Il intègre le LCIE en 1998, puis le LNE en 2001, en tant que responsable des études portant sur les étalons quantiques de résistance. Depuis, il consacre ses travaux de recherche à la métrologie électrique quantique. Ils ont notamment concerné les tests d’universalité de l’EHQ, le développement de réseaux de Hall et d’un étalon quantique de résistance en graphène. Il s’est également investi dans le développement de l’instrumentation quantique de précision. Plus récemment, il a proposé et développé un générateur quantique de courant réalisant la nouvelle définition de l’ampère. Il a obtenu son Habilitation à Diriger des Recherches de l’université Paris-SUD en 2017.

 

Félicien Schopfer

Félicien Schopfer, lauréat du prix LNE de la recherche 2018Ingénieur diplômé de l’École Nationale Supérieure de Physique de Grenoble – Grenoble-INP en 2001, Félicien Schopfer est également titulaire d’un DEA de physique de la matière condensée et docteur en physique de l’Université Joseph Fourier de Grenoble, après une thèse au CNRS sur l’étude expérimentale des propriétés de cohérence quantique des électrons dans des nanostructures métalliques. Il rejoint l’équipe de métrologie électrique quantique du LNE en 2005 pour travailler sur l’effet Hall quantique. Il est d’abord impliqué dans le développement de moyens expérimentaux dédiés et dans des tests d’universalité de l’effet. A partir de 2007, en étroite collaboration avec des partenaires académiques, ses recherches concernent le graphène en vue de simplifier la mise en œuvre de l’étalon de résistance à effet Hall quantique et de favoriser sa dissémination.

 

L’ampère à l’heure quantique

 

AmpèreAux côtés du kilogramme, du kelvin et de la mole, l’ampère fait partie des quatre unités dont les définitions ont été fondamentalement révisées en novembre dernier. C’est dans le cadre de cette redéfinition qu’un nouveau dispositif offrant un étalon de courant électrique pour la mise en pratique de l’ampère et d’une exactitude inégalée a été développé au LNE grâce notamment aux travaux de Wilfried Poirier et Félicien Schopfer.

 

 

 

générateurDepuis 1948, l’ampère, l’unité de l’intensité du courant électrique, était complexe à mettre en œuvre car définie à partir de la force mécanique entre deux fils infinis séparés d’un mètre dans le vide dans lesquels circule un courant. En pratique, cette définition était impossible à réaliser. Elle avait toutefois été pionnières en la matière puisqu’elle fixait une constante de la nature, la perméabilité du vide. Toutefois cette définition de l’ampère était assez éloignée de ce qu’est fondamentalement un courant, à savoir un flux de charges électriques par unité de temps. D’où l’idée de redéfinir l’ampère à partir de la charge élémentaire, e. En vue de cet objectif, les chercheurs du LNE ont réalisé un étalon matérialisant cette nouvelle définition avec une incertitude relative record de 10-8.

Ce nouveau générateur quantique de courant ouvre la voie à une métrologie électrique complètement fondée, à l’avenir, sur l’ingénierie des étalons quantiques. Avec, par exemple, comme conséquences pratiques la réduction en particulier des incertitudes d’étalonnage réelle pour les mesures de courant. Cette nouvelle définition de l’ampère permet également d’accélérer le développement de technologies quantiques (ordinateur quantique, capteurs aux sensibilités améliorées…).

Pour l’heure, le dispositif est imposant, nécessitant pas moins de trois systèmes cryogéniques pour refroidir, à une température proche du zéro absolu, les étalons quantiques de tension et de résistance ainsi que l’amplificateur. Mais comme l’indique Wilfried Poirier, « Nous avons montré qu’il est possible d’obtenir l’effet Hall quantique dans du graphène sous un champ magnétique plus faible et à une température moins contraignante que dans un échantillon d’arséniure de gallium tel que nous en utilisons actuellement. Ainsi, à terme, un seul cryostat sera nécessaire pour mettre en œuvre notre étalon. » Celui-ci est néanmoins prêt à l’emploi pour la nouvelle définition de l’ampère votée en novembre 2018. Celui-ci offre un premier exemple de combinaison de deux étalons quantiques et réalise la nouvelle définition de l’ampère puisque, via les effets Hall quantique et Josephson, il délivre un courant proportionnel à la charge élémentaire, e.

 

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