Par Kevin Beck — Mis à jour le 24 mars 2022
Imagerie atomique/DigitalVision/GettyImages
Un gyroscope, souvent abrégé en « gyroscope », est un capteur inertiel qui maintient l'orientation d'une masse en rotation malgré les forces externes. Son principe fondamental est qu'un rouet résiste aux changements de son axe de rotation, une propriété qui sous-tend la navigation dans les avions, les engins spatiaux et de nombreux appareils grand public.
Le premier gyroscope fonctionnel remonte à 1852, lorsque le physicien français Léon Foucault utilisa un rouet pour démontrer la rotation de la Terre. En isolant la roue de l'influence de la gravité, Foucault a prouvé que tout changement dans l'axe de la roue était causé uniquement par la rotation de la Terre.
Au cœur d’un gyroscope se trouve un disque ou rotor lourd à rotation rapide. Ce rotor est monté sur une série de cardans – des cerceaux soutenus par des roulements à billes – qui lui permettent de tourner librement en trois dimensions. La combinaison de la masse, de la vitesse et du support multi-axes confère à l'appareil un moment cinétique élevé, qui neutralise les couples externes.
Lorsqu'un couple externe, comme un virage brusque dans une voiture ou un changement de vitesse dans un vaisseau spatial, tente d'incliner le rotor, les cardans redistribuent la force de sorte que l'axe du rotor reste fixe par rapport au cadre inertiel. Cet effet « stabilisateur » est essentiel pour maintenir une orientation précise dans les véhicules en mouvement.
L’une des applications les plus connues est le télescope spatial Hubble, qui utilise six gyroscopes à grande vitesse tournant à 19 200 tr/min (320 tr/s). Ces instruments s'appuient sur des roulements à gaz pour obtenir une rotation quasiment sans friction, permettant à Hubble de se verrouiller sur les étoiles et de maintenir une ligne de visée stable pour des missions prolongées.
Alors qu'un gyroscope mesure l'accélération angulaire, un accéléromètre capture l'accélération linéaire et un magnétomètre détecte les champs magnétiques. Ensemble, ces capteurs inertiels fournissent des données de mouvement complètes pour les systèmes de navigation, les casques de réalité virtuelle et les applications pour smartphones.
Le moment angulaire (L =Iω) quantifie la résistance d'un rotor au changement. L'inertie (I) n'est pas une force; c'est une propriété de masse et de géométrie. Cette distinction explique pourquoi les gyroscopes sont appréciés pour leur stabilité passive :aucune alimentation externe n'est nécessaire pour maintenir l'orientation.
Du guidage des avions en vol à la stabilisation des drones dans des conditions venteuses, les gyroscopes sont indispensables. Ils renforcent également la technologie de tous les jours :les caméras des smartphones stabilisent automatiquement les vidéos, les contrôleurs de jeu suivent les mouvements et même les gyroscopes jouets pour enfants enchantent par leur grâce tournante.
