ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX

La gradiométrie spatiale

Le gradiomètre de gravité, réalisé pour la première fois pour la mission Goce, est un instrument qui est sensible aux fluctuations d'un champ de gravité non uniforme. Le champ terrestre décroît en fonction de l'altitude d'environ 300 nano-g par mètre (1 nano-g = 1 milliardième de la pesanteur), du fait de l'éloignement croissant de la source gravitationnelle que constitue la Terre. Le gradient n'est pas non plus nul dans le plan horizontal : il équivaut à la moitié du précédent, du fait de l'orientation toujours centripète du champ. Par ailleurs, si le champ décroît en 1/R², d'après la loi de Newton, le gradient varie en 1/R³, le rayon terrestre moyen R étant égal à 6 378 kilomètres. Il est donc indispensable, pour discriminer les anomalies locales et de faible amplitude, de parcourir la surface du globe terrestre depuis l'altitude la plus basse possible : le satellite Goce est descendu à 250 kilomètres.

Au centre exact du satellite, le champ de gravité terrestre est compensé par l'accélération du mouvement orbital ; le point est en impesanteur. Comment mesure-t-on alors la gravité ? Le gradiomètre est principalement constitué de six accéléromètres spatiaux ultrasensibles triaxiaux, montés deux à deux sur une structure rigide en fibre de carbone afin de constituer les trois axes perpendiculaires de l'instrument. Chacun des six accéléromètres est soumis à l'accélération du satellite induite par les forces de surface (traînée aérodynamique, pressions de radiation solaire, de l'albédo terrestre et du rayonnement infrarouge), à l'effet du mouvement d'attitude du satellite (accélérations angulaire et centrifuge), enfin, à l'effet du gradient de gravité terrestre sur la distance qui les sépare, égale à 1 demi-mètre environ.

Ces accéléromètres sont les cœurs extrêmement sensibles du gradiomètre. Ils bénéficient de plus de vingt ans de recherche-développement effectuée à l'O.N.E.R.A. : modèles physiques, technologies spécifiques, investigations expérimentales. Chaque accéléromètre est composé d'une masse d'épreuve parallélépipédique, entourée d'une cage en silice dorée portant des électrodes et montée sur une embase métallique, toutes deux usinées avec une grande précision. L'embase associée à un boîtier étanche constitue une enceinte à vide secondaire (10^–6 millimètre de mercure, soit 1,3 × 10^–4 Pa), vide maintenu par une pompe ionique ou un matériau getter. La masse d'épreuve, de 4 centimètres de côté et de 1 centimètre de hauteur, est réalisée en platine et sa masse est de 320 grammes. Elle est entourée de six paires d'électrodes permettant la détermination capacitive de sa position selon les trois axes de l'espace et de son attitude autour de ceux-ci. Les mêmes électrodes permettent, par l'application de potentiels électriques asservis, de créer des champs électrostatiques capables d'exercer sur la masse des pressions dissymétriques afin de la mouvoir.