Contrôle de la position et de la vitesse d’une masse à l’échelle nanométrique : application à la balance du watt du LNE

Position and velocity control of a mass at the nanometric scale : application to the LNE’s watt balance

• Auteur / Autrice : Marwan Wakim
• Direction : Yasser Alayli, Patrick Juncar, Luc Chassagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optoélectronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV)
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noël Dimarcq, Daniel Hauden

Mots clés

Mots clés contrôlés

Balances du watt

Poids et mesures

Optoélectronique

Interférométrie

Mots clés libres

Nanopositionnement

Contrôle de vitesse

Interférométrie

Optoélectronique

Métrologie

Balance du watt

Résumé

Le kilogramme est la seule unité de base du système international encore définie par un artefact matériel. Le Laboratoire National de métrologie et d’Essais (LNE) développe, dans le cadre d’un projet fédéré, une expérience nommée balance du watt dont le but est de contribuer à la redéfinition de l’unité de masse. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont pour but de contrôler, sur une plage de l’ordre de quelques centimètres, la vitesse de déplacement et le positionnement d’une bobine à l’aide d’un dispositif constitué d’un interféromètre hétérodyne associé à une platine de translation et à un actionneur piézo-électrique. Une source laser a été développée afin de mieux adapter la méthode aux contraintes exigées par la balance du watt. La méthode de contrôle de vitesse permet une instabilité résiduelle relative de 2,4⊂10-9 pour un simple miroir pesant quelques grammes et de 4,2⊂10-7 pour une masse de 1200 g, ceci sur 100 secondes de temps d’intégration. La méthode développée a par ailleurs démontrée son utilité dans d’autres applications en nanométrologie.

The kilogram is the last remaining unit of the International System of Units which is still defined by a material artefact. The “Laboratoire National de métrologie et d’Essais” (LNE) is developing, as a federal project, an experiment called watt balance whose aim is to contribute to the redefinition of the unit of mass. The purpose of the realized work during this thesis is to control, on a centimetric displacement, the velocity and the positioning of a moving coil with a method based on the use of a heterodyne Michelson’s interferometer associated to a long range translation stage and a piezoelectric actuator. A laser source has been developed in order to adapt the method to the constraints required by the watt balance. The method of the velocity control allows a relative unstability of 2. 4⊂10-9 for a simple mirror weighing few grams and 4. 2⊂10-7 for a mass of 1200 g, over 100 seconds of integration time. The method developed has also demonstrated its usefulness in other nanometrology applications.