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Fusée ICI3 (projet Andoya Rocket Range)

 Tir réussi pour la fusée ICI3 le 03 Décembre 2011

La fusée scientifique Norvégienne ICI-3 (Investigation of Cusp Irregularities), sous maitrise d’oeuvre de l’agence Norvégienne ARR, à été lancée avec succès samedi 3 décembre à 07:21:31 UT du pas de tir de la base scientifique de Ny-Alesund (Svalbard, Norvège). Cette mission dédiée à l’étude de la physique aurorale, embarquait à son bord plusieurs instruments scientifiques Norvégien et Japonais ainsi qu’un nouveau prototype de magnétomètre AC-DC (instrument ADM) conçu et réalisé par le Laboratoire de Physique des Plasmas, en collaboration avec la Division Technique du CNRS de Meudon et l’Unité Mixte de Recherche CNRS/Thalès. Ce magnétomètre présente la particularité de mesurer les composantes alternatives et continues du champ magnétique, grâce à l’utilisation d’un nouveau dispositif magnétorésistif, développé conjointement par le LPP et le laboratoire de recherche de Thalès. Ce prototype était accompagné pour la première fois d’une nouvelle électronique de pre-amplification faible bruit réalisée en technologie ASIC, fruit d’une collaboration entre le LPP et le L2E. L’instrument a été mis au point dans le cadre d’une étude financée par le CNES.

 L’instrument ADM (AC/DC Magnetometer) de la fusée ICI3

L’instrument est composé de 3 capteurs orthogonaux entre eux.
Chaque capteur combine une magnétorésistance anisotrope et un fluxmètre afin de mesurer les fluctuations du champ magnétique du continu jusqu’à 15kHz.

La magnétorésistance anisotrope de l’instrument ADM

La mesure transverse de la magnétorésistance a été utilisée pour l’instrument ADM. Cette mesure transverse, dte aussi "effet Hall planaire" s’apparente à une mesure en pont de Wheastone.
Le motif de magnétorésistance se présente sous la forme d’une croix (cf. partie gauche de la figure ci-dessous) et la mesure transverse est prise sur les plots transverses aux plots de polarisation.

L’intérêt de la mesure transverse est de rendre linéaire la réponse du capteur et de s’affranchir de la composante d’offset. La tension de sortie est ainsi directement liée au champ à mesurer :
Vhp=S*B*I
ou S est la sensibilité de la puce (en V/(T.A)), I est le courant de polarisation (en A) et B le champ magnétique à mesurer (en T).

La puce a été conçue pour tirer parti de l’amplification magnétique produite par les noyaux ferromagnétiques du fluxmètre. Les plots de contacts sont déportés à l’extrémité de la puce pour finalement être reliés au circuit électronique.


En rouge : les pistes de polarisation de l’AMR, en bleu : les pistes de mesure "transverse" de l’AMR et en vert : la piste de contre-réaction

La composante fluxmètre de l’instrument ADM

Le capteur de type fluxmètre est constitué d’un noyau ferromagnétique forte perméabilité et d’un bobinage qui est le siège d’une tension induite par les variations de flux à l’intérieur du noyau ferromagnétique. Le fluxmètre mesure les fluctuations du champ magnétique dans une bande allant de 1Hz à 15kHz. Plus de détails sur le fluxmètre ici.

L’instrument complet AC/DC

Le capteur tri-axe AC/DC est monté sur un bras déployable (voir figure & photo ci-dessous), qui s’ouvre peu après le lancement de la fusée.

Pour s’affranchir de la sensibilité au champ électrique un blindage électrique conducteur est réalisé autour de chaque capteur.

L’électronique comporte une partie analogique faible bruit dont un ASIC dédié aux fluxmètres, une numérisation haute précision (24bits) et la communication avec la fusée notamment pour la transmission des données numérisées (voir synoptique de l’instrument ci-dessous).

 Performances de l’instrument ADM

Performances de la mesure DC (magnétorésistance anisotrope)

La magnétorésistance utilisée présente un NEMI (Noise Equivalent Magnetic Induction) avoisinant 40nT/sqrt(Hz) (voir courbe ci-dessous). Ce NEMI est loin des meilleures performances qui peuvent être obtenues (une fraction de nT/sqrt(Hz) pour des magnétorésistances commerciales montées en pont). Cependant l’utilisation de concentrateurs magnétiques améliore, du fait de l’amplification magnétique, la sensibilité d’un rapport supérieur à 200. Il en découle un NEMI de l’ordre de 200pT/sqrt(Hz). En extrapolant aux meilleures puces disponibles, un NEMI de l’ordre de 10pT/sqrt(Hz) semble à portée.

Performances de la mesure AC (fluxmètre)

Les fonctions de transfert de la partie fluxmètre de l’instrument sont représentées sur la figure ci-dessous (figure de gauche). Le bruit en champ magnétique de l’instrument est d’environ 200fT/sqrt(Hz) à 100Hz et avoisine 50fT/sqrt(Hz) autour de quelques kHz.

Equipe instrumentale : Dominique Alison, Christophe Coillot, Alexis Jeandet, Paul Leroy, Malik Mansour, Martin Morlot, Amine Rhouni, Gérard Sou.

Scientific co-Investigator : P. Robert

(mise à jour 01/01/2012)

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