Un gravimètre quantique pour la sauvegarde GPS
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Un nouveau capteur quantique qui mesure les changements de gravité en détectant les variations du temps de trajet des atomes en chute a été testé dans une expérience inédite du genre à bord d'un navire de la marine australienne.
Le capteur, un double gravimètre , a été développé par la société australienne Q-CTRL et pourrait arriver sur le marché fin 2026. Lors des tests à bord du navire-école d'aviation MV Sycamore de la Royal Australian Navy , l'équipage a pu naviguer pendant 144 heures sans accès GPS grâce au système prototype autonome.
Selon Michael J. Biercuk, PDG et fondateur de Q-CTRL, ce test a marqué la première fois qu'un tel capteur était utilisé dans un scénario pratique à bord d'un véhicule en mouvement.
Le problème avec le GPS
La gravimétrie quantique fait partie de la multitude de technologies développées pour servir de solution de secours aux systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS), tels que le système de positionnement global (GPS). Avec la montée des conflits et des tensions géopolitiques dans le monde, le brouillage et l'usurpation des signaux GNSS (confusion des utilisateurs avec de faux signaux satellites) sont devenus un problème quotidien dans de nombreuses régions du monde.
Début mai, un porte-conteneurs de 300 mètres de long s'est échoué en mer Rouge, apparemment à cause d'interférences GPS. Les données des analystes ont révélé que la position GPS du navire après l'incident était à des centaines de kilomètres de sa position réelle, quelque part dans le désert du Sahara. Cet incident a mis en évidence la vulnérabilité croissante du GPS, un service du gouvernement américain indispensable non seulement au secteur des transports, mais aussi à de nombreux autres secteurs, notamment la banque, la synchronisation du réseau électrique ou le forage offshore .
Les utilisateurs maritimes du monde entier utilisent depuis longtemps les systèmes de navigation inertielle comme solution de secours au GPS, mais ces systèmes ont leurs limites. Ils dépendent d' accéléromètres et de gyroscopes pour suivre la vitesse et les changements de direction d'un véhicule. Leur fiabilité diminue cependant avec la distance parcourue, car de minuscules erreurs s'accumulent, creusant un écart croissant entre la position signalée et la position réelle.
Les capteurs de gravité quantique, explique Michael Biercuk, ne présentent pas ce problème. Le système déduit l'intensité de la gravité terrestre en chaque point du trajet à partir du mouvement des atomes éclairés par des faisceaux laser dans une chambre à vide et compare ces données aux cartes de gravité compilées à partir de mesures satellitaires.
« Ce n'est pas sans rappeler certains nouveaux systèmes de navigation visuelle qui émergent », a déclaré Michael Biercuk. « Si vous installez une caméra sur un drone et que vous observez le sol, vous pouvez identifier des collines, des vallées et des bâtiments, puis effectuer une correspondance cartographique. Nous faisons la même chose, sauf que les yeux que nous utilisons pour observer la Terre proviennent de ces capteurs quantiques. »
La solution quantique
Malgré la forme sphéroïdale relativement régulière de la planète, l'attraction gravitationnelle de la Terre n'est pas uniforme. Elle varie selon la répartition de la masse à l'intérieur de la planète, mais reflète également les caractéristiques du relief, telles que les collines et les vallées, ainsi que les différences de densité des minéraux souterrains.
En plus de sa superbe précision, la détection de la gravité quantique est également inviolable et infalsifiable.
« On ne peut pas tromper la gravité sans littéralement déplacer une montagne », assure Michael Biercuk.
La nature passive du capteur, qui ne nécessite aucune émission de signal actif (contrairement aux systèmes basés sur le lidar ou le radar), aide les utilisateurs de la défense à éviter d'être détectés par l'adversaire.
Le prototype testé au large des côtes australiennes a environ la taille d'un rack de serveur, mais Michael Biercuk espère que les ingénieurs de Q-CTRL parviendront à le réduire encore davantage à la taille d'un petit réfrigérateur avant de le commercialiser l'année prochaine. Le développement a duré environ 14 mois, a-t-il expliqué, et a constitué un défi pour l'équipe dès le début des expérimentations avec le capteur en dehors des laboratoires.
« Ces capteurs sont extraordinairement sensibles et lorsqu'on les déplace d'un environnement de laboratoire impeccable vers un environnement moins impeccable, le monde entier se ligue contre eux », précise Michael Biercuk. « Les vibrations mécaniques, les interférences radio et les mouvements d'un navire dans toutes les directions créent du bruit qui obscurcit complètement le signal. »
L’équipe Q-CTRL a résolu le problème grâce à une solution logicielle complexe qui filtre le bruit indésirable.
Malgré des performances prometteuses, Michael Biercuk ne pense pas que les gravimètres quantiques puissent un jour remplacer complètement la navigation par satellite, quel que soit le type d'utilisateur. Mais outre les zones sujettes aux interférences GPS, le système pourrait aider les navires naviguant dans les régions polaires où le GPS est notoirement peu fiable en raison de la géométrie des orbites des satellites.
« Le GPS est une excellente technologie lorsqu'on peut lui faire confiance », conclut Michale Biercuk. « Mais dans les situations où il est impossible ou indisponible, il faut une alternative robuste. »