Magnétomètre « Search coil »

Le « search-coil » ou barre-fluxmètre est un magnétomètre de type inductif dédié à la mesure de champs magnétiques alternatifs dont l’intensité peut aller de quelques dizaines de femtoteslas au tesla et ce dans une gamme de fréquences allant de quelques Hz au MHz. Dans le contexte scientifique spatial les « search-coils » sont utilisés pour mesurer des champs magnétiques de très faible intensité. Les mesures ainsi effectuées contribuent à la caractérisation des phénomènes physiques électromagnétiques observés dans les plasmas spatiaux autour de la Terre et dans le milieu interplanétaire.

PRINCIPE / REALISATION / PERFORMANCES

Le principe de base d’un « search-coil » repose sur la loi de Lenz : la variation du flux magnétique dans une bobine induit une force électromotrice proportionnelle à l’intensité du champ magnétique appliqué, ce qui se traduit par:

Un noyau ferromagnétique est inséré dans le bobinage pour accroître la sensibilité au champ magnétique. On a B(t)=μappB0(t) avec µapp la perméabilité apparente qui dépend de la nature et de la géométrie du noyau. La réponse en fréquence est déduite par :

HISTORIQUE / UTILISATION

La qualité des search-coils trois axes du LPC2E est reconnue internationalement. Par le passé, ils ont été embarqués sur les missions spatiales Interball, Cusp etDEMETER.

Très récemment la mission Parker Solar Probe de la NASA lancée en août 2018 a embarqué un capteur search coil réalisé au LPC2E.

De même, les charges utiles scientifiques des missions TARANIS (CNES) et Solar Orbiter (ESA) prévues pour 2020 auront d’un search coil du LPC2E.

En couleur : courbes de sensibilité (nT/Hz1/2) en fonction de la fréquence pour les search-coils du LPC2E. En noir : les niveaux des principaux phénomènes observés dans les plasmas spatiaux du proche environnement terrestre.

EVOLUTION

Depuis une vingtaine d’années, les search-coils développés au LPC2E sont en continuelle évolution. Cette évolution concerne tant les performances que les dimensions, la masse,  l’électronique de préamplification ou l’adaptation aux contraintes environnementales.

INTERBALL (1996)
  • Masse: 2100g
  • Câble + noix + antennes: 1360g
  • Préamplificateur: 740g – 140 mW
  • Antennes L=270mm – Ø=20mm

DEMETER (2004)
  • Masse: 730g
  • Câble + noix + Antennes: 430g
  • Préamplificateur: 300g – 150 mW
  • Antennes: L=180mm – Ø=20mm
TARANIS (2018)
  • Masse: 415g (VLF+MF)
  • Pied+antennes : 390g
  • Préamplificateur : 25g – 270 mW
  • Antennes L=100mm – Ø=20mm
Parker Solar Probe (2018)
Solar Orbiter (2020)
  • Masse: 515g (VLF+MF)
  • Pied+antennes : 490g
  • Préamplificateur : 25g – 200 mW
  • Antennes L=100mm – Ø=20mm

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