CONTRÔLE DE POSITION ET DE VITESSE À L’ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE DANS LA BALANCE DU WATT 25 D. HADDAD Contrôle de position et de vitesse à l’échelle nanométrique dans la balance du watt du LNE Position and velocity control at the nanometric scale in the LNE watt balance Darine HADDAD 1 , Luc CHASSAGNE 1 , Patrick JUNCAR 2 , Suat TOPÇU 1 , Marwan WAKIM 3 et Yasser ALAYLI 1 1 Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV), Université de Versailles - Saint Quentin, 45 avenue des États-Unis, 78035 Versailles Cedex, France, luc.chassagne@ens-phys.uvsq.fr. 2 Institut National de Métrologie, Conservatoire national des arts et métiers, 61 rue du Landy, 93210 La Plaine Saint Denis, France. 3 Laboratoire national de métrologie et d’essais, 1 rue Gaston Boissier, 75015 Paris, France. Résumé Nous présentons une nouvelle méthode de contrôle de position et de vitesse d’une masse en mouvement avec une exactitude nanométrique sur une course de 80 mm. Pour la vitesse, l’objectif fixé est d’obtenir une instabilité inférieure à 10 –9 en valeur relative. L’application essentielle est la balance du watt du Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE). Une méthode originale a été développée et mise en œuvre, basée sur l’utilisation d’un interféromètre de Michelson hétérodyne et d’une électronique haute fréquence. Le système interférométrique est associé à un système mécanique de translation double étage constitué d’un moteur linéaire et d’un actionneur piézo-électrique. Des déplacements de 4,945 nm traçables au mètre sont contrôlés avec des répétabilités et des exactitudes de l’ordre du nanomètre. La méthode proposée permet une mesure absolue de vitesse en la raccordant à la constante fondamentale, la célérité de la lumière. Les résultats montrent qu’une incertitude relative sur la valeur de la vitesse de 10 -9 peut être atteinte. MOTS CLÉS : NANOPOSITIONNEMENT, INTERFÉRO- MÉTRIE HÉTÉRODYNE, CONTRÔLE ABSOLU DE VITESSE, BALANCE DU WATT. Abstract Authors present a novel method to control the position and the velocity of a moving mass with a nanometric accuracy on a translation range of 80 mm. For the velocity, the objective is to obtain an instability less than 10 –9 in relative value. The essential application is the watt balance of the Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE). A novel apparatus was developed and implemented, based on the use of both a heterodyne Michelson’s interferometer and a home made electronic circuit. The interferometric system is associated to a mechanical system of double translation stages made up of a linear stage and a piezoelectric actuator. Traceable displacements of 4,945 nm are controlled with repeatabilities and accuracies at the nanometer scale. The proposed method permits an absolute velocity measurement by linking it to the fundamental constant, the velocity of light. Results show that relative uncertainty of 10 -9 on the velocity value can be reached. KEY WORDS : NANOPOSITIONNING, HETERODYNE INTERFEROMETRY, ABSOLUTE VELOCITY CONTROL, WATT BALANCE. 1. Introduction Dans le cadre du projet balance du watt du Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), il est nécessaire de déplacer une bobine dans un champ magnétique sur une course de 80 mm avec une vitesse connue et constante à 10 –9 près en valeur relative. Cette vitesse a été choisie à 2 mm·s –1 et doit donc être connue et stable à 2 pm·s –1 (1σ) [1,2]. Dans le présent article, il sera démontré qu’un système de positionnement nanométrique à double étage est nécessaire pour répondre aux exigences demandées. Le système développé et présenté dans cet article peut être également une solution intéressante pour d’autres