2. Gyroscopes libres
Le problème essentiel consiste à suspendre la toupie en minimisant l'incertitude ΔC sur le couple qui lui est appliqué. L'ingéniosité des inventeurs et l'importance des recherches technologiques ont favorisé l'apparition de multiples réalisations parmi lesquelles on peut citer :
– la suspension par cardan, équipée de roulements à billes de haute précision ; en laboratoire, la dérive de ce type d'appareils (sous l'action de ΔC) est de l'ordre de quelques degrés par heure ; ce type de suspension est utilisé dans les directionnels et les horizons gyroscopiques ;
– la suspension par flottaison ; la poussée d'Archimède, agissant sur les anneaux de cardan et sur un carter étanche renfermant la toupie, soulage les paliers, qui peuvent alors être équipés d'ensembles pivot-rubis ; les performances atteignent quelques centièmes de degré par heure ;
– la suspension hydrodynamique ; la rotation de la toupie, agissant sur le gaz ambiant, provoque des surpressions équilibrant son poids ; en fonctionnement, la toupie n'est soumise à aucune usure mécanique (performances de un à quelques centièmes de degré par heure) ;
– la suspension électrique ; la toupie, sphérique, est placée entre des électrodes, soumises à des potentiels électriques la maintenant en « lévitation » (performances meilleures que 10-4 degré par heure) ;
– La suspension élastique ; la toupie est reliée au boîtier par des éléments élastiques dont la raideur et l'inertie doivent vérifier une relation, dans laquelle entre la vitesse de rotation de la toupie ; le respect de cette condition annule le couple transmis à la toupie ; la précision est de un à quelques millièmes de degré par heure.
Tous ces appareils sont équipés de détecteurs d'écart, permettant de mesurer, à chaque instant, la position angulaire relative de l'axe de la toupie par rapport au boîtier. Ils comportent souvent, de plus, des « moteurs-couples », permettant d'appliquer à la toupie des couples connus, dans le but de compenser certains couples perturbateurs ou encore d'obtenir de la toupie une précession déterminée.
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