Une percée dans les capteurs ouvre la voie à une carte révolutionnaire du monde sous la surface de la Terre

Des chercheurs de l’Université de Birmingham du National Quantum Technology Hub in Sensors and Timing du Royaume-Uni ont rendu compte de leurs réalisations en Nature. C’est le premier au monde pour un gradiomètre de gravité quantique en dehors des conditions de laboratoire.

Le gradiomètre à gravité quantique, qui a été développé dans le cadre d’un contrat pour le ministère de la Défense et dans le cadre du projet Gravity Pioneer financé par l’UKRI, a été utilisé pour trouver un tunnel enterré à l’extérieur dans des conditions réelles à un mètre sous la surface du sol. Il remporte une course internationale pour amener la technologie à l’extérieur.

Le capteur fonctionne en détectant les variations de microgravité en utilisant les principes de la physique quantique, qui est basée sur la manipulation de la nature au niveau sous-moléculaire.

Le succès ouvre une voie commerciale vers une cartographie considérablement améliorée de ce qui existe sous le niveau du sol.

Cela signifiera :

• Réduction des coûts et des retards dans les projets de construction, ferroviaires et routiers.
• Amélioration de la prédiction des phénomènes naturels tels que les éruptions volcaniques.
• Découverte des ressources naturelles cachées et des structures bâties.
• Comprendre les mystères archéologiques sans endommager les fouilles.

Le professeur Kai Bongs, responsable de la physique des atomes froids à l’Université de Birmingham et chercheur principal du UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing, a déclaré : “Il s’agit d’un” moment Edison “dans la détection qui transformera la société, la compréhension humaine et les économies.

“Grâce à cette percée, nous avons le potentiel de mettre fin à la dépendance aux mauvais dossiers et à la chance lorsque nous explorons, construisons et réparons. De plus, une carte souterraine de ce qui est actuellement invisible est maintenant un pas de plus vers une situation où nous en savons plus sur l’Antarctique que ce qui se trouve à quelques mètres sous nos rues.”

Les capteurs de gravité actuels sont limités par une série de facteurs environnementaux. Un défi particulier est la vibration, qui limite le temps de mesure de tous les capteurs de gravité pour les applications topographiques. Si ces limites peuvent être résolues, les enquêtes peuvent devenir plus rapides, plus complètes et moins coûteuses.

Le capteur développé par le Dr Michael Holynski, responsable de l’interférométrie atomique à Birmingham et auteur principal de l’étude, et son équipe à Birmingham est un gradiomètre de gravité. Leur système surmonte les vibrations et une variété d’autres défis environnementaux afin d’appliquer avec succès la technologie quantique sur le terrain.

La détection réussie, réalisée en collaboration avec des ingénieurs civils dirigés par le professeur Nicole Metje de l’École d’ingénierie, est l’aboutissement d’un programme de développement à long terme étroitement lié aux utilisateurs finaux depuis le début.

Cette percée permettra aux futurs levés gravimétriques d’être moins chers, plus fiables et livrés 10 fois plus rapidement, réduisant ainsi le temps nécessaire aux levés d’un mois à quelques jours. Il a le potentiel d’ouvrir une gamme de nouvelles applications pour les levés gravimétriques, offrant une nouvelle lentille dans le sous-sol.

Le professeur George Tuckwell, directeur des géosciences et de l’ingénierie chez RSK, a déclaré : “La détection des conditions du sol telles que les chantiers miniers, les tunnels et les sols instables est fondamentale pour notre capacité à concevoir, construire et entretenir des logements, des industries et des infrastructures. La capacité améliorée que cela que représente la nouvelle technologie pourrait transformer la façon dont nous cartographions le terrain et réalisons ces projets”

Le Dr Gareth Brown, autorité technique conjointe du projet pour la détection quantique et scientifique principal principal chez Dstl, a déclaré : « Pour la défense et la sécurité nationales, des mesures précises et rapides des variations de la microgravité ouvrent de nouvelles opportunités pour détecter ce qui autrement serait indétectable et naviguer de manière plus sûre dans des environnements difficiles. Au fur et à mesure que la technologie de détection de la gravité mûrit, les applications pour la navigation sous-marine et la révélation du sous-sol deviendront possibles.”

La percée est une collaboration entre l’Université de Birmingham, le fournisseur de solutions environnementales, d’ingénierie et de durabilité RSK, Dstl (le Laboratoire des sciences et technologies de la défense, qui fait partie du ministère britannique de la Défense) et la société technologique Teledyne e2v. Le projet est financé par UK Research and Innovation (UKRI) dans le cadre du UK National Quantum Technologies Programme et sous contrat avec le ministère de la Défense.