Les horloges atomiques destinées à l'espace peuvent désormais compter sur l'impression 3D. Des chercheurs de l'Université de Neuchâtel ont testé et approuvé un prototype. C'est la première fois que l'impression 3D est appliquée dans ce domaine.

Cette technologie a permis de simplifier et réduire le poids des cavités micro-ondes, pièces clé des horloges atomiques, a annoncé le Laboratoire Temps Fréquence (LTF) de l'Université de Neuchâtel lundi. Les cavités micro-ondes produisent, à la manière d'un diapason, un signal de référence permettant d'obtenir une fréquence ultrastable dont dépend la précision à long terme d'une horloge atomique.

La fabrication traditionnelle de ces cavités nécessite une précision extrême en matière d'usinage de métaux, qui reste difficile et coûteuse à réaliser. "Grâce à l'impression 3D, les cavités sont produites en une seule pièce, alors qu'il en faut sept par usinage classique", explique Christoph Affolderbach, chef du projet et physicien au LTF. En outre, l'impression 3D avec un polymère permet une réduction du poids d'environ 30%.

Cahier des charges exigeant

Les chercheurs ont testé plus d'une dizaine de cavités micro-ondes métalliques ou en matériaux polymères. "A notre grande surprise, les nouvelles cavités micro-ondes ont immédiatement rempli l'exigeant cahier des charges d'une horloge atomique", poursuit Christoph Affolderbach.

Le mode de résonance avait la bonne fréquence, celle du rubidium, et la distribution du champ micro-ondes était au moins aussi bonne que celle des cavités traditionnelles. Ces pièces ont donc été intégrées dans un prototype d'horloge atomique, "avec d'excellents résultats".

Le champ d'application du processus 3D testé ne se limite pas aux horloges à cellule de rubidium actuellement posées dans les satellites en orbite. Les chercheurs envisagent de l'utiliser pour d'autres cavités micro-ondes, avec des formes différentes, et pour d'autres types d'horloges atomiques ou senseurs. Le projet de recherche a été réalisé en partenariat avec l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne et financé par le Swiss Space Office de la Confédération.