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Dans le cadre de l’appel d’offres "Projets Exploratoires Disciplinaires : Métrologie du furtur (INSU - MPPU - ST2I)", 12 projets ont été retenus :
Lien optique longue distance - Transfert sur de très longues distances et à très haute résolution d’une référence de fréquence optique sur le réseau fibré Internet
Porteur du projet : Anne AMY-KLEIN
UMR 7538 - Laboratoire de physique des lasers (LPL)
Notre projet consiste à réaliser le transfert d’une référence de fréquence optique sur de longues distances par un réseau de fibres optiques. Cette référence est la phase du signal optique transmis, et le bruit de phase introduit par la propagation sera mesuré et compensé. L’originalité de notre approche réside dans le fait que nous souhaitons utiliser directement le réseau fibré Internet : la référence de fréquence se propagera en parallèle aux porteuses optiques transportant les données, mais à une longueur d’onde différente. Nous avons déjà des contacts pour utiliser le réseau RENATER et avons réalisé des premiers tests sur le réseau de l’Université Paris 13. Les difficultés seront tout d’abord de réaliser le multiplexage des signaux optiques sans aucune erreur et avec le minimum de pertes possible et ensuite de concilier nos exigences métrologiques avec le mode opératoire des télécommunications optiques.
LUNAPARC - Luminescent nanoparticles as thermal probes in two-phase flows
Porteur du projet : Frédéric AYELA
UMR 5519 - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI)
Ce projet ambitionne d’exploiter la dépendance en température des propriétés luminescentes de nanoparticules, pour développer une métrologie inédite dans les écoulements diphasiques. De telles particules émettent un rayonnement dont l’intensité et la décroissance sont fonction de leur température. Leur fonctionnalisation de surface permet d’envisager des comportements hydrophiles ou hydrophobes susceptibles de favoriser leur localisation dans la phase vapeur ou liquide de l’écoulement. Ce projet se concentre d’une part sur le moyen de localiser ces nanotraceurs au niveau d’une interface liquide - vapeur et d’autre part sur la mesure de la sensibilité thermique de leurs propriétés luminescentes.
Capteurs nanofils - Spectroscopie de bruits et nanofils : vers la sélectivité des capteurs de gaz ?
Porteur du projet : Sandrine BERNARDINI
UMR 6242 - Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP)
Les besoins en systèmes de détection de gaz fiables, peu coûteux, portables et sélectifs sont très forts dans l’industrie. Un des moyens d’obtenir une réponse sélective consiste à analyser la réponse spectrale du bruit électronique produit par le capteur en présence d’un gaz. De plus, l’utilisation de nanofils devrait permettre d’augmenter les informations fournies par la spectroscopie de bruit et donc d’améliorer encore la sélectivité ainsi que la sensibilité, grâce à un rapport surface/volume très important. En associant les compétences complémentaires de l’IM2NP (spectroscopie de bruit) et du CINaM (fabrication et caractérisation des nanofils), notre projet a pour but d’explorer les possibilités de la spectroscopie de bruit comme outil d’amélioration de la sélectivité des nanocapteurs de gaz.
MINIATOM - Senseurs Inertiels Atomiques Miniatures
Porteur du projet : Philippe BOUYER
UMR 8501 - Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (LCFIO)
L’objectif du projet MINIATOM est de mettre en œuvre une collaboration entre les laboratoires de recherche fondamentale (SYRTE, IOGS, LPMC) et des industriels spécialisés dans l’intégration des senseurs optiques (THALES, IXSEA) et dans l’optique intégrée (KLOE). Cette collaboration permettra d’aboutir en quelques années aux premiers développements de senseurs inertiels atomiques compacts, représentant la future génération de senseurs inertiels pour la navigation, la surveillance, l’exploration de la terre et la physique fondamentale. À travers l’étude et le développement de senseurs atomiques miniatures, MINIATOM répondra à ce problème en développant les concepts fondamentaux et les éléments technologiques clés pour atteindre un niveau de simplification rendant ces dispositifs compétitifs et permettant d’envisager ensuite un transfert rapide vers le monde industriel.
NanoDSC - Nanocalorimètre différentiel à balayage à très haute sensibilité : application à l’étude thermodynamique des macromolécules en solution
Porteur du projet : Jean-Luc GARDEN
UPR 2940 - Institut Néel
Les instruments de calorimétrie différentielle à balayage commercialement disponibles ou présents dans certains laboratoires de recherche nécessitent des quantités d’échantillons de l’ordre du mg (ml pour les liquides). De plus, la résolution en termes de mesure de la chaleur spécifique est de l’ordre du %. Dans ce projet, nous proposons grâce aux technologies de micro et nanofabrication, ainsi que grâce à une électronique bas bruit intégrée, de réaliser un prototype de microcalorimètre différentiel à balayage à base de capteurs pouvant travailler sur des volumes d’échantillons de l’ordre du µl avec une sensibilité jamais atteinte pour ce type d’appareillages. Cela ouvre des perspectives énormes pour une recherche en physico-chimie et bio-chimie ainsi qu’en termes de valorisation industrielle.
FARISO - Métrologie avec des lasers à cascade quantique - Un isolateur Optique à effet Faraday pour l’infra-rouge
Porteur du projet : Laurent HILICO
UMR 8552 - Laboratoire Kastler Brossel (LKB) L’objectif du projet est la mise au point d’un isolateur optique à effet Faraday pour l’infra-rouge (gamme de longueur d’onde 8 à 12 microns), composant optique qui n’est pas actuellement disponible commercialement et qui va se révéler indispensable pour les nombreuses applications des sources laser à cascade quantique (QCL) parmi lesquelles la spectroscopie à haute résolution, le contrôle à distance de polluants, l’imagerie infrarouge... Le projet consiste à choisir et à mettre en oeuvre les matériaux les plus adaptés : aimants permanents puissants dans une mécanique fiable, milieu à effet Faraday, traitements optiques, puis à caractériser les performances du dispositif. Ce projet fera à court terme l’objet d’un transfert technologique.
Optofluidique intégrée pour biodétection - Développement de biocapteurs photoniques en polymères à base de résonateurs 3D : association des techniques de la micro-fluidique et des procédés couches minces organiques.
Porteur du projet : Nolwenn HUBY
UMR 6251 - Institut de physique de Rennes
Ce projet local au caractère innovant et transverse vise à la conception, à la fabrication et à la caractérisation de micro-capteurs photoniques réalisés en associant les techniques de micro-fluidique et les procédés couches-minces organiques. Des micro-résonateurs organiques 3D (cavités résonantes, sphériques ou non) seront couplés à des éléments photoniques à base de guides d’onde polymères. L’exploitation du couplage évanescent et des modes de galerie au sein des familles de structures résonantes 3D permettront la réalisation de capteurs photoniques présentant des sensibilités élevées en termes de détection d’espèces biologiques. La mise en œuvre de ce projet est soutenue par l’expertise des différentes équipes de l’Institut de Physique de Rennes (IPR) et du laboratoire de Sciences chimiques de Rennes pour les techniques de micro-fluidique, les microstructures photoniques sur organiques et enfin pour le dépôt et le greffage des couches biologiques à détecter.
Senseurs laser de gaz atmosphériques - Capteurs lasers de nouvelle génération pour le suivi des gaz traces dans l’atmosphère
Porteur du projet : Lilian JOLY
UMR 6089 - Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique (GSMA)
Afin de mieux comprendre l’impact des gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O, SF6) et des gaz réactifs (O3, CO, NOx, ...) sur notre climat, il convient d’avoir des instruments de mesure de concentration précis, sensibles, compacts et autonomes. Il existe des senseurs reposant sur différentes techniques de spectrométrie laser qui répondent à ces attentes. L’objectif du présent projet est de déterminer parmi toutes les techniques développées (absorption directe, CRDS …) laquelle est la mieux adaptée selon le cahier des charges défini par chaque utilisateur. Une campagne d’inter-comparaison entre les différents senseurs existants est aussi envisagée afin de valider les caractéristiques des instruments.
Barrière acoustique - Barrière acoustique pour la détection et la localisation
Porteur du projet : Barbara NICOLAS
UMR 5216 - GIPSA
Le projet proposé porte sur la détection et la localisation de cibles sous-marines en milieux petits fonds à partir de la transmission entre deux antennes d’émission et réception. L’objectif consiste à mettre au point une méthode de détection / localisation de sources basées sur la double formation de voies (DBF) puis à les valider sur des données "petites échelles". L’algorithme DBF proposé permet d’isoler et d’identifier la quasi-totalité des trajets multiples entre chaque sous-antenne du réseau émetteur et du réseau récepteur. Une fois la source détectée, il est possible de la localiser en projetant dans le guide d’onde les variations d’amplitude mesurée sur les trajets théoriques des rayons affectés. Suite à nos résultats préliminaires, notre objectif sera d’étudier (1) les différents paramètres de l’algorithme de détection/localisation via DBF (Nb de sources/récepteurs nécessaires, fréquence de détection etc.) et (2) sa robustesse vis-à-vis des fluctuations inhérentes au milieu marin (Comportement vis à vis des vagues à la surface et vis-à-vis du mouvement de la cible dans le guide d’onde).
FORCA-G - Mesures ultraprécises de forces à très courte distance. Applications aux tests de lois fondamentales : gravitation, potentiel de Casimir-Polder
Porteur du projet : Franck PEREIRA DOS SANTOS
UMR 8630 - Systèmes de référence temps-espace (SYRTE)
Le but du projet est d’étudier les interactions à courte portée entre une surface et des atomes piégés à proximité de la surface. En utilisant des atomes de Rb confinés dans les puits d’une onde stationnaire créée par un faisceau laser désaccordé de résonance, le potentiel atome-surface sera mesuré avec une excellente sensibilité en utilisant des techniques d’interférométrie atomique. L’expérience proposée devrait permettre de réaliser des mesures du potentiel de Casimir Polder avec une exactitude meilleure que l’état de l’art, dans la gamme de distance du micron. Surtout, elle permettra de réaliser des mesures de gravité à courte distance, qui permettront d’améliorer la qualité des tests de la loi de Newton, ou de mettre en évidence d’éventuelles déviations à cette loi, liées à de nouvelles interactions, comme celles prédites par certaines théories d’unification.
SmartPart - Des particules instrumentées pour la physique des fluides
Porteur du projet : Jean-François PINTON
UMR 5672 - Laboratoire de physique de l’ENS de Lyon
Nous développons des particules instrumentées qui embarquent capteurs, unité de conditionnement-numérisation du signal et transmission radio. Utilisés en mécanique des fluides, ces capteurs sont rendus isodenses et effectuent leurs mesures en étant entraînés par le mouvement du fluide (référentiel Lagrangien). Cette approche permet de caractériser les phénomènes de transport (mélange) directement au sein du milieu, en temps réel. Les particules actuelles ont donné des résultats originaux en convection de Rayleigh-Bénard et pour l’étude de la turbulence hydro. L’objectif du projet est d’implémenter une nouvelle génération de chipsets permettant une communication en duplex, asynchrone (mesures à N particules), une plus large gamme de capteurs et une meilleure gestion de l’énergie (miniaturisation).
MicroTherm3D - Microscopie thermique 3D, Inclusions magmatiques, Thermal gradient migration
Porteur du projet : Damien TEYSSIEUX
UMR 6174 - Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique- Sciences et Technologies (FEMTO-ST)
Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre le département Micro Nano Sciences et Systèmes (MN2S) de l’institut FEMTO-ST (Besançon) et le laboratoire Magmas et Volcans (LMV) de l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (Université Blaise Pascal et INSU). L’équipe de magmatologie du LMV a acquis une expertise unique en France dans l’étude physico-chimique des inclusions magmatiques piégées dans les minéraux des laves et des péridotites, et utilise aussi ces inclusions magmatiques comme environnement expérimental de cristallisation et vésiculation ; l’expérimentation est réalisée à l’aide de platines chauffantes placées sous microscope et nécessite une connaissance précise du champ de température. Le but de ce projet est de développer un microscope thermique 3D dont les caractéristiques devraient permettre d’accéder directement à la température au sein du cristal et dans l’inclusion, et ce avec une grande résolution spatiale, une sensibilité thermique de l’ordre de 0,1 K et en 3 dimensions. Ce développement technologique ouvrira en outre de nouveaux champs de recherche en physicochimie des processus magmatiques, mais également en microélectronique et micromachinerie.
