Un gradiomètre mesure le taux de changement qui se produit dans une quantité connue, qui peut impliquer n’importe quoi, de la température à la pression en passant par un champ magnétique ou gravimétrique. Les gradiomètres ont de nombreuses applications largement répandues en science. Ils sont utilisés dans tout, de l’archéologie à la cartographie de la surface de la Terre et du climat.
Un gradiomètre gravimétrique peut être utilisé pour mesurer la densité des couches de terre sous la surface pour l’exploration pétrolière et minérale. Des versions miniaturisées d’entre eux sont en cours de développement pour détecter les océans souterrains, tels que la lune de Saturne Encelade peut avoir. Des radiogradiomètres ont été installés sur des véhicules aériens sans pilote (UAV) que l’armée américaine utilise pour détecter les fils conducteurs d’engins explosifs improvisés (EEI) sous les routes en Irak, et ils sont également utilisés pour détecter des tunnels souterrains à travers le Mexique vers les États-Unis. frontière que les trafiquants de drogue utilisent. Étant donné qu’un gradiomètre est également un type d’inclinomètre, il peut également être utilisé pour mesurer les angles par rapport à l’horizon pour les équipements de construction et d’arpentage, les trajectoires de vol des avions et les cyclistes de sport de fond.
La gradiométrie gravimétrique a différents niveaux de sophistication pour mesurer différents axes d’accélération, qui dépendent du nombre d’unités de mesure indépendantes gradiomètre ou accéléromètre incorporées dans un appareil. Tous les gradiomètres, cependant, prennent les données produites et les comparent à une quantité standard pour déterminer le taux de changement ou la pente de gradient qui existe. La technologie des gradiomètres gravimétriques est déjà utilisée dans l’espace dans le domaine de la gravité et l’Explorateur de la circulation océanique à l’état stationnaire (GOCE), qui a été lancé par l’Agence spatiale européenne (ESA) en orbite terrestre basse en 2009.
Le vaisseau GOCE orbite dans l’atmosphère extérieure à une hauteur de 162 miles (260 kilomètres) pour augmenter la résolution des gradiomètres à bord, où il étudie le comportement des courants océaniques et de l’activité volcanique. En 2009, des chercheurs de l’Université de Twente aux Pays-Bas conçoivent une version miniature du gradiomètre basée sur des principes similaires, qui ne pèserait que 35 onces (un kilogramme) et pourrait être ajoutée aux sondes spatiales envoyées pour explorer le système solaire. Deux masses à ressort suspendues par des ressorts mesureraient des variations comparables de l’attraction gravitationnelle à l’échelle du picomètre, soit un trillionième de mètre. Ces gradiomètres pourraient résoudre les caractéristiques lunaires souterraines de 124 miles (200 kilomètres) de diamètre ou moins.
Les gradiomètres à ondes radio, utilisés à l’origine dans l’industrie minière en tant qu’unités portables, ont été adaptés en 2004 pour voler sur des drones à environ 200 pieds (61 mètres) au-dessus du sol. Ils diffusent une onde radio et détectent les réflexions du retour d’onde qui sont altérées par la présence de conducteurs métalliques sous la surface ou des structures creuses. L’onde radio d’origine est filtrée comme une sorte de bruit par les détecteurs, ce qui permet de voir les variations beaucoup plus faibles de l’onde dues aux différences de gradient sous terre. Le gouvernement américain a continué à parrainer l’utilisation et le développement de ces systèmes de radio gradiomètre avec des tests sur le terrain en cours à partir de 2007 et 2008.
Un autre type de gradiomètre est le gradiomètre magnétique utilisé en archéologie et dans les domaines connexes. Il démontre une capacité à ne pas être affecté par les fluctuations du champ magnétique terrestre causées par les orages magnétiques, et est utilisé pour localiser de très petites anomalies près de la surface qui pourraient indiquer des fossiles ou d’autres dépôts de civilisations anciennes. Les conceptions du gradiomètre à fluxgate et du capteur de vapeur de césium sont utilisées ensemble pour mesurer le champ magnétique que la Terre transmet aux murs enterrés, aux restes d’objets tirés, etc. au fil du temps. Ces lectures sont ensuite comparées au champ magnétique de fond de la Terre pour localiser les caractéristiques archéologiques à faible profondeur.