nanovolt

Un nanovolt (nV) est un milliardième de volt, soit 10⁻⁹ V. À cette échelle, vous mesurez des différences de potentiel électrique si petites qu'elles se situent inconfortablement près du plancher de bruit thermique de la plupart des circuits électroniques. Un seul nanovolt représente le type de signal qui existe à la frontière entre une mesure réelle et un artéfact instrumental, ce qui est précisément la raison pour laquelle il est important en métrologie de précision.

Les mesures en nanovolts apparaissent dans quelques domaines spécifiques. La mesure de température par thermocouple, en particulier dans les applications de haute précision où une résolution au millidegré est requise, génère des signaux de l'ordre du microvolt qui doivent être lus avec une sensibilité au nanovolt pour éviter de perdre en résolution. La mesure de résistance de très faibles impédances (milliohms et moins) nécessite une résolution au nanovolt car de petites chutes de potentiel induites par le courant doivent être séparées des erreurs de décalage et de dérive dans le système de mesure lui-même. Les capteurs à effet Hall et les mesures de champs magnétiques en conditions de laboratoire produisent également des signaux de niveau nanovolt.

Le problème du bruit

Détecter un nanovolt de manière fiable ne consiste pas à brancher un voltmètre. Le bruit thermique dans une résistance de 1 mégohm à température ambiante est de l'ordre de 130 nanovolts par racine carrée de hertz de bande passante. Un voltmètre numérique avec un temps d'intégration de 1 seconde sur une bande passante de 1 Hz aura du mal à résoudre un signal beaucoup plus petit que cela. Les circuits de mesure fonctionnant avec une sensibilité au nanovolt nécessitent une attention particulière à l'impédance de la source, au blindage, au filtrage, au gain et à la dérive de l'amplificateur d'entrée, ainsi qu'à la stabilité thermique de l'appareil de mesure lui-même.

Les instruments revendiquant une résolution au nanovolt utilisent généralement des amplificateurs à faible bruit, souvent stabilisés par hacheur ou des amplificateurs d'instrumentation avec des spécifications de bruit rapporté à l'entrée inférieures à 50 nV par racine carrée de hertz. La mesure doit également tenir compte de la dérive de la tension de décalage en fonction du temps et de la température, qui peut facilement dépasser quelques nanovolts par degré Celsius dans les amplificateurs opérationnels ordinaires. Des références de précision, des circuits gardés et parfois un fonctionnement cryogénique sont déployés pour atteindre ce niveau de manière fiable.

Le nanovolt se situe bien en dessous de la plage du microvolt (10⁻⁶ V) courante dans les applications audio et de capteurs, et bien en dessous de l'échelle du millivolt des circuits électroniques quotidiens. En pratique, atteindre une véritable répétabilité de mesure au nanovolt sur des heures ou des jours est une entreprise spécialisée réservée aux laboratoires d'étalonnage, aux environnements de recherche et au contrôle de processus industriels critiques où l'investissement dans la stabilisation et le blindage est justifié par l'application.