Thèse Développement d'Un Interféromètre à Atomes Froids Triple-Espèce H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : ONERA/DPHY Physique, Instrumentation, Environnement, Espace
Direction de la thèse : Antoine GODARD ORCID 0000000202845213
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

L'ONERA participe depuis maintenant une quinzaine d'années au développement de capteurs inertiels à ondes de matière(accéléromètre, gyromètre et gradiomètre). Ces instruments, aux excellentes performances, reposent sur l'interaction entre des atomes froids et un laser pour réaliser un interféromètre fortement sensible aux effets inertiels.
L'équipe de recherche dans laquelle se déroulera la thèse proposée joue actuellement un rôle pionnier dans le développement de capteurs inertiels atomiques manipulant simultanément plusieurs espèces atomiques. L'ONERA a d'ailleurs démontré la réalisation du premier double interféromètre atomique permettant des mesures simultanées d'accélération de deux espèces atomiques différentes(85Rb et 87Rb). Le sujet de thèse proposé vise une amélioration significative des performances atteintes aujourd'hui avec les capteurs inertiels à atomes froids que cela soit en termes de sensibilité ou d'étendue de mesure, en se fixant également l'objectif de supprimer les temps morts de mesure inhérent au fonctionnement des accéléromètres à atomes froids actuels. La voie explorée par notre équipe pour parvenir à ces résultats consiste principalement à augmenter le nombre d'espèces atomiques manipulées dans ce type d'instrument, en passant d'un seul nuage d'atomes froids manipulé à un ensemble de trois nuages d'atomes co-localisés et composé de 87Rb, 85Rb et 133Cs. La possibilité d'interagir simultanément avec trois espèces atomiques différentes pendant la mesure inertielle ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour ce type d'instrument afin d'atteindre des performances plus élevées.
Dans le cadre de cette thèse, il s'agira principalement de participer au développement et à l'étude expérimentale de l'interféromètre triple espèce. Aujourd'hui, le dispositif expérimental est à un stade de réalisation avancée permettant le refroidissement et le piégeage simultané des trois espèces. Les prochaines étapes seront consacrées à la manipulation des ondes de matière pour réaliser les différents interféromètres atomiques. Deux objectifs sont principalement visés. Le premier devrait conduire à l'obtention d'un accéléromètre tout atomique sans temps mort. Le deuxième consiste à démontrer la possibilité de réaliser simultanément des mesures d'accélération dans les trois dimensions de l'espace. Une réflexion sera également menée tout au long de cette thèse pour évaluer la meilleure stratégie pour combiner les différents signaux interférométriques afin d'optimiser les performances de l'instrument.
Cette étude s'inscrit dans le cadre du développement d'instruments quantiques de nouvelle génération répondant aux besoins toujours plus élevés en termes de performance pour adresser des domaines variés tels que la physique fondamentale, la navigation ou la géophysique.

Le domaine des capteurs inertiels atomiques est un secteur de recherche de forte compétitivité dans lequel notre équipe garde une place de première importance. La thèse proposée vise des objectifs de développement de capteurs inertiels ambitieux et inédits en explorant l'interférométrie triple-espèce. Cette étude s'inscrit dans le développement d'instruments quantiques de nouvelle génération répondant aux besoins croissants en termes de performance pour des domaines tels que la physique fondamentale, la navigation ou la géophysique.

- Participer au développement de l'interféromètre triple espèce.
- Créer un accéléromètre tout atomique sans temps mort.
- Démontrer la possibilité de mesures d'accélération simultanées dans les trois dimensions de l'espace.
- Évaluer la meilleure stratégie pour combiner les signaux interférométriques et optimiser les performances.

- Méthodes Théoriques : Modélisation et simulation numérique de l'interféromètre à triple espèce.
- Méthodes Expérimentales : Conception, réalisation et mesure de l'interféromètre avec des nuages d'atomes froids (87Rb, 85Rb,133Cs).
- Collecte de Données : Mesures d'interférence pour les trois espèces atomiques.
- Analyse de Données : Traitement de signaux, analyse statistique et comparaison théorie-expérience.