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Page modifiée le mardi 27 juin 2017

L’équipe Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux développe des expériences de spectroscopie moléculaire à ultra-haute résolution dans l’infrarouge et de métrologie des fréquences optiques.

Ses projets de recherche sont regroupés autour des axes suivants :

 

Mise en pratique du nouveau kelvin

Christophe Daussy, Benoît Darquié

 

Le système global de mesure qui repose sur le Système International d’Unités (SI) est le cadre actuel assurant la fiabilité et l’exactitude des mesures au niveau international. Un tel système de mesure, transnational et réellement global est indispensable au commerce, à l’industrie et donc développement de nos sociétés modernes. En 2018 le Comité International des Poids et Mesures (CIPM) prévoit de redéfinir le Système International d’Unités. Cette redéfinition consistera principalement à fixer la valeur d’un jeu de constantes fondamentales dimensionnées (la valeur de la constante de Boltzmann kB, par exemple, sera fixée pour redéfinir le kelvin). Cette réforme profonde de notre système de mesure qui reposera sur les meilleures déterminations des constantes fondamentales (publication de synthèse en 2017 par le Committee on Data for Science and Technology, CODATA) a pour objectif la mise en place d’un SI plus simple et plus cohérent. Se posera alors le problème d’une nouvelle « mise en pratique » de ces unités.

 

L’équipe Métrologie Molécules et Tests Fondamentaux (MMTF) du Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) participe au projet européen InK 2 dont l’objectif est la détermination d'un ensemble de données fiables de températures thermodynamiques de ~ 1 mK dessus du zéro absolu au point de cuivre (1358 K), avec un niveau d’incertitude sans précédent. Ces travaux fourniront un ensemble de données thermodynamiques complet pour construire ensuite l’échelle de la température et donc pour la mise en pratique de la nouvelle définition du kelvin. Plusieurs méthodes de mesure de la température thermodynamique sont actuellement en cours de développement dans différents laboratoires à travers le monde.

 

Au LPL nous avons pour mission la mise en œuvre de l’approche dite par élargissement Doppler (DBT). Cette méthode repose sur l’expérience de mesure de la constante de Boltzmann par spectroscopie laser développée au LPL depuis une dizaine d’années. Notre approche consiste à enregistrer le plus précisément possible le profil Doppler d’une raie d’absorption moléculaire pour une vapeur à l’équilibre thermodynamique. kB étant fixée dans le nouveau SI, la mesure de la température sera ramenée à une mesure de fréquence laser. La spectroscopie est réalisée dans le moyen infrarouge, autour de 10 µm, dans un gaz moléculaire d’ammoniac à faible pression, placé à l’intérieur d’un thermostat (voir figure).

 

Pour mener à bien ce projet, un thermostat de grand volume (1m3) et ajustable en température (dans la gamme 300-430 K) sera développé en collaboration avec le CNAM et le LNE. La stabilité ainsi que l’homogénéité seront mesurées et caractérisées au LPL. Nous développerons une cellule d’absorption adaptée au thermostat (notamment à la gamme de température explorée). Afin d’atteindre la meilleure sensibilité possible, un travail important sera parallèlement mené sur le spectromètre laser. L’ensemble de ce travail devrait nous permettre à l’horizon 2018 de démontrer le réel potentiel de cette nouvelle approche pour la mise en œuvre du kelvin dans le cadre du nouveau SI.

 

Principe de la thermométrie par élargissement Doppler au LPL (DBT)

Principe de la thermométrie par élargissement Doppler au LPL (DBT)

 

Mots clés : métrologie, constantes fondamentales, source laser, spectroscopie laser, traitement du signal, techniques du vide

 

Présentation de la réforme annoncée du SI (conférence donnée à l’Université Alioune Diop de Bambey, Sénégal, en décembre 2016)

Références

  1. C. Daussy, M. Guinet, A. Amy-Klein, K. Djerroud, Y. Hermier, S. Briaudeau, Ch.J. Bordé, and C. Chardonnet,
    First direct determination of the Boltzmann constant by an optical method,
    Phys. Rev. Lett. 98, 250801, (2007).
  2. C. Lemarchand, M. Triki, B. Darquié, Ch. J. Bordé, C. Chardonnet and C. Daussy,
    Progress towards an accurate determination of the Boltzmann constant by Doppler spectroscopy,
    New J. Phys. 13, 073028 (2011).
  3. M. Triki, C. Lemarchand, B. Darquié, P. L. T. Sow, V. Roncin, C. Chardonnet and C. Daussy,
    Speed-dependent effects in NH3 self-broadened spectra: Towards the determination of the Boltzmann constant,
    Phys. Rev. A 85, Issue 6, 062510 (2012).
  4. F. Rohart, S. Mejri, P. L. T. Sow, Sean K. Tokunaga, C. Chardonnet, B. Darquié, H. Dinesan, E. Fasci, A. Castrillo, L. Gianfrani, C. Daussy,
    Absorption line shape recovery beyond the detection bandwidth limit: application to the precision spectroscopic measurement of the Boltzmann constant,
    Phys. Rev. A 90, 042506 (2014).
  5. S Mejri, PLT Sow, O Kozlova, C Ayari, SK Tokunaga, C Chardonnet , S Briaudeau, B Darquié, F Rohart and C Daussy,
    Measuring the Boltzmann constant by mid-infrared laser spectroscopy of ammonia,
    Metrologia, 52, S314-S323 (arXiv:1506.01828) (2015).

 

 

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