Gravimètre supraconducteur

Historique

Il existe à Strasbourg une longue tradition dans l'observation et l'analyse des marées terrestres qui a été initiée par le Professeur R. Lecolazet dès 1954. Pour poursuivre cette tradition, il nous a paru opportun d'acquérir en 1987 un gravimètre supraconducteur, dont les performances par rapport aux meilleurs gravimètres classiques à ressort (sensibilité accrue et faible dérive instrumentale) nous permettaient d'envisager tout un ensemble de recherches nouvelles sur la dynamique de la Terre et de son noyau liquide, sur une étendue spectrale considérable (périodes allant de quelques minutes jusqu'au delà de l'année). Cet instrument (GWR TT 70) a été installé à Strasbourg en Février 1987 et a été en fonctionnement continu jusqu'en juillet 1996 où il a été remplacé par un modèle plus compact (GWR C026) qui mesure les variations relatives de la gravité terrestre avec un échantillonnage de 1 point/1 sec. Cet instrument est intégré au sein du réseau GGP qui regroupe 25 stations en opération en 2009.

Descriptif

Avant l'invention des gravimètres supraconducteurs (prototype vers 1970), les gravimètres classiques étaient limités par l'emploi des ressorts mécaniques qui, en s'allongeant inévitablement avec le temps, causaient une dégradation sensible en précision et stabilité. Dans le cas du gravimètre supraconducteur, la suspension par ressort est remplacée par la lévitation magnétique d'une sphère supraconductrice réalisée par les courants permanents circulant à l'intérieur de deux bobines supraconductrices. Quand la gravité change, la sphère est maintenue dans sa position initiale grâce à un système d'asservissement. Le système capacitif de détection de position conduit à la génération d'un courant de compensation dans une bobine auxiliaire, qui, par induction, fournit le champ magnétique d'asservissement. La contre-partie pour obtenir l'ensemble des performances liées à ce principe de lévitation magnétique est la nécessité de rendre le matériau de la sphère et des deux bobines (Nb) supraconducteur; ceci est obtenu en opérant dans un bain d'hélium liquide qui est maintenu à 4,2 K à l'intérieur d'un Dewar réfrigéré. Un système de réfrigération à hélium gazeux (cryostat à deux étages) permet de refroidir continuellement deux enceintes internes (l'enceinte intérieure à 20 K, l'extérieure à 80 K). Ceci permet une réduction considérable du taux d'évaporation de l'hélium liquide. De plus, afin de diminuer les variations de gravité apparentes induites par les déviations de la verticale locale, notre instrument est pourvu d'un système de compensation d'inclinaison. Cet instrument fonctionnant sur le principe de la lévitation magnétique possède une très faible dérive instrumentale (quelques microgal/an où 1 microgal = 10-8 m.s-2 ~ 10-9 g où g est la gravité moyenne de surface) et une très forte sensibilité (1 nanogal = 10-3 microgal ~ 10-12 g).

Instrumentation complémentaire

Afin d'exploiter au mieux la qualité des données gravimétriques, il est nécessaire de connaître les diverses sources de perturbations locales. C'est pour cela que nous enregistrons de façon continue et précise la pression atmosphérique locale ainsi que le niveau de la nappe phréatique au fond d'un puit existant à l'intérieur du fort vieux de 100 ans qui abrite le gravimètre. Nous avons également mis en place une sonde de température et d'humidité afin d'enregistrer de façon permanente ces deux derniers paramètres à l'intérieur de la station.

Acquisition numérique

Trois systèmes d'acquisition enregistrent en continu les signaux de gravité, de pression atmosphérique et des signaux auxiliaires (température, humidité, tilts, etc... . Parmi ces systèmes, 2 ont été réalisés à l'EOST et le 3ème est celui vendu par le constructeur GWR.

Activités d'observatoire

Les données acquises sont régulièrement transmises à l'ICET (International Center for Earth Tides) où elles sont disponibles pour l'ensemble de la communauté scientifique. Ces données pevent être téléchargées de la base de données internationale GGP. Le réseau GGP sera prochainement un service de GGOS (Global Geodetic Observing System).