Gyrolaser

Un gyromètre laser ou gyrolaser est un capteur de vitesse angulaire (gyromètre) basé sur l'effet Sagnac et mettant en œuvre un rayon Laser. Celui-ci parcourt un circuit optique dans les deux sens, l’interférence des deux rayons va dépendre de la vitesse de rotation de l’ensemble. Il est utilisé comme instrument de navigation dans les navires, les avions, les satellites, les sous-marins …

Description

Gyrolaser de forme triangulaire

Le premier gyrolaser fut présenté aux États-Unis par Macek et Davis en 1963. La technologie a depuis été développée par un certain nombre de sociétés autour du monde. Environ dix mille gyrolasers sont utilisés dans le guidage inertiel et ont prouvé une grande fiabilité, avec une incertitude inférieure à 0,01 °/heure et un temps moyen entre pannes supérieur à 60 000 heures.

Contrairement au gyromètre mécanique, le gyrolaser n’est pas sensible à l’accélération, de plus ils possède une meilleure stabilité du facteur d’échelle. Enfin il est considéré comme plus fiable en raison de l’absence de pièce mécanique en mouvement^[1]. Certaines erreurs peuvent être caractérisées, comme l’erreur autour de zéro. Les défauts diminuent lorsque la taille de l’instrument augmente^[2].

Principe physique

Article connexe : Gyromètre#Capteurs_optiques.

Principe de la mesure optique de la vitesse angulaire

On considère un trajet optique circulaire (rayon R) dans le vide animé d’un mouvement de rotation à la vitesse ϖ. Après un temps Δt, le point P est placé à la position P'. Deux rayons laser parcourent le trajet en sens inverse. Il est possible de montrer que la différence de chemin optique αR est proche de $\frac{4 \pi R^2}{c} \omega$ où c est la vitesse de la lumière. Cette expression s’écrit aussi $\frac{4 S}{c} \omega$ (avec S la surface limitée par le cercle décrit) et se généralise pour toutes les surfaces^[3].

L’interférence va permettre d’accéder à la différence de chemin optique et donc à la vitesse de rotation.

Il existe deux types de gyromètres optiques : le gyromètre laser et le gyromètre à fibre optique.

Particularités du gyrolaser

Schéma de principe

L’appareil comporte une partie optique et une partie électronique. Il est de forme triangulaire ou carrée.

La partie optique comporte des miroirs et un tube capillaire remplit d’un mélange gazeux qui constitue le milieu amplificateur du laser. Le premier miroir est concave pour améliorer la focalisation, le deuxième est fixé sur un moteur piézoélectrique ce qui va permettre de moduler la puissance du laser et le troisième est semi-réfléchissant, ce qui permet de récupérer une partie du faisceau^[4].

Il existe également des gyromètres triaxe en forme de tétraèdre^[5].

Exemples de véhicules ou armes utilisant le gyrolaser

• F-15E Strike Eagle
• Hélicoptères MH-60R et MH-60S
• HAL Tejas
• Agni III^[6]
• Boeing 777^[7]
• Airbus A320^[8]
• Shaurya missile^[9]
• B-52H ^[10]

Sources

1. ↑ Radix 1999, 3.3 Intérêt des gyromètres laser
2. ↑ Radix 1999, 3.4 Performances
3. ↑ Radix 1999, 2.2 Comparaison des trajets optiques
4. ↑ Radix 1999, 3.1 Constitution
5. ↑ Radix 1999, 3.5 Gyromètre laser triaxe
6. ↑ (en)Agni-III missile ready for induction, Press Trust of India (2008-05-07). Consulté le 2008-05-08.
7. ↑ (en) Digital Avionics Systems, IEEE, AIAA, 1995 (ISBN 978-0-7803-3050-4) [lire en ligne (page consultée le 16 octobre 2008)] 
8. ↑ (en)Honeywell's ADIRU selected by Airbus, Aviation International News via archive.org, 22—28 July 2002. Consulté le 2008-07-16
9. ↑ (en)Missile success - Frontline Magazine
10. ↑ (en)B-52 Maps Its Way Into New Century, fas.org, 19 Nov 1999. Consulté le 2009-02-24

Bibliographie

• Jean-Claude Radix, Gyromètres optiques, [[Éditions techniques de l'ingénieur|Éditions techniques de l'ingénieur]], 10 septembre 1999 [lire en ligne]