Stabilité record pour un oscillateur quartz

2,5 x 10^-14, c’est l’incroyable plancher de stabilité de fréquence auquel un oscillateur quartz compact et transportable a été mesuré. La prouesse tient autant de cette amélioration de la stabilité court terme de la fréquence qu’à sa mesure, d’une précision incomparable, à quatorze chiffres après la virgule  !

Ce record mondial est le fruit d’un travail de collaboration de plusieurs années entre l’Institut FEMTO-ST de Besançon, la société OSCILLOQUARTZ de Neuchâtel et l’Académie des sciences de Prague. Il relance l’intérêt de la recherche sur les oscillateurs quartz dont, en termes de stabilité, aucune avancée notable n’avait été enregistrée au cours des quinze dernières années. La mise au point de ce prototype ouvre la voie à une nouvelle génération d’oscillateurs quartz à boîtier à vieillissement amélioré (BVA), requérant une précision toujours plus grande. L’intérêt de tels oscillateurs est de délivrer un signal stable sur des durées de quelques secondes. Pour mieux imaginer la performance obtenue, un plancher de stabilité court terme de fréquence de 2,5 x 10^-14 équivaut à une variation de la mesure du temps de 1 seconde sur… 1,3 million d’années ! 

Repenser toute l’électronique d’amplification

Au sein de la société neuchâteloise OSCILLOQUARTZ, Jacques Chauvin travaille à de nouvelles façons de concevoir une technologie éprouvée mais limitée dans ses développements. Il repense toute l’électronique d’amplification pour que l’oscillateur subisse le moins de perturbations possible, assurant ainsi une meilleure stabilité du signal obtenu. C’est dans cette logique qu’a été élaboré le nouveau prototype, d’une stabilité sans équivalent dans ce type d’oscillateurs mis au point à température ambiante et nécessitant un packaging de faible volume, de l’ordre d’un demi-litre, facilement transportable.

À ce niveau d’excellence, les instruments de mesure ont eux aussi à se montrer à la hauteur du degré de précision atteint ! C’est ici qu’interviennent l’Institut FEMTO-ST et l’Académie des sciences de Prague. À Besançon, l’équipe menée par Patrice Salzenstein insiste sur la mesure du résonateur seul, ainsi que du bruit de phase, quand, à Prague, c’est l’ensemble du système de l’oscillateur qui est évalué par les membres du groupe de travail d’Alexander Kuna. Des compétences pointues et complémentaires garantissant la fiabilité des calculs effectués, par la suite soumis à l’accréditation d’autres méthodes de mesures.

Une industrie régionale tournée vers la performance

Ainsi confirmé, ce record mondial laisse espérer pouvoir s’approcher un jour du seuil des 10^-14 qui constituerait une véritable révolution. Il est à la fois un aboutissement et le point de départ d’un nouvel essor des technologies associées au quartz, notamment dans des applications spatiales comme le positionnement. Il stimule la recherche et le soutien d’organismes scientifiques comme le LNE, le laboratoire national de métrologie et d’essais, qui finance ces travaux. Il encourage le transfert de technologies auprès d’entrepreneurs extrêmement réactifs. Forte d’une expérience d’un demi-siècle, l’industrie régionale sait elle aussi avancer vers une maîtrise du quartz de plus en plus grande. Si elle travaille actuellement à l’échelle 8 x 10^-14, elle s’achemine d’ores et déjà vers la production d’oscillateurs à la stabilité avoisinant 6 x 10^-14, réalisant à son tour des prouesses technologiques propres à ses domaines d’exploitation.