Aujourd'hui, on construit des horloges atomiques avec une précision relative de 10^-15, soit une erreur de 1 seconde tous les 50 millions d' années. Mais, quel est l'intérêt de mesurer le temps avec une telle précision ? Dans la vie de tous les jours, pour un cuisinier, une secrétaire ou un avocat, cela ne sert à rien, mais le temps est à la base de toute science.
En effet, la seconde permet de définir le mètre comme la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/299792658 seconde. Une telle précision de mesure vérifie également certains modèles physiques comme la relativité restreinte. Le GPS est un exemple beaucoup plus concret. Il permet une localisation précise grâce à une synchronisation très fine de plusieurs horloges.
En effet, la seconde permet de définir le mètre comme la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/299792658 seconde. Une telle précision de mesure vérifie également certains modèles physiques comme la relativité restreinte. Le GPS est un exemple beaucoup plus concret. Il permet une localisation précise grâce à une synchronisation très fine de plusieurs horloges.
Établissement de différents systèmes de temps nationaux et mondiaux :
- La pérennité : elle doit pouvoir dater les événements futurs.
- L’universalité : elle doit être accessible à tous les utilisateurs potentiels.
- La stabilité : la durée de l’unité de l’échelle de temps doit être constante.
- L’exactitude : la durée de l’unité de l’échelle de temps doit être égale à la définition de l’unité.
« La seconde du système international d'unité est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 ».
A partir de cette définition théorique de la seconde, on définit différents systèmes de temps :
- UT1 : il s’agit du Temps Universel, c’est le temps solaire du méridien de Greenwich
- TAI : Temps Atomique International. Pour l'obtenir, on centralise au Bureau international des poids et mesures, à Sèvres (France), les données fournies par plus de quatre cents horloges atomiques de par le monde. C’est leur moyenne pondérée qui constitue le TAI ; chaque laboratoire reçoit alors l’écart mesuré entre le temps indiqué par son horloge et le TAI, ce qui permet d’effectuer des corrections.
- UTC (ou TUC) : Temps Universel Coordonné : un compromis entre le TAI et le UT1, adopté en 1972.
Ce temps universel est obtenu grâce aux 400 horloges atomiques dispersées dans le Monde. Celles ci sont en permanence reliées entre elles par informatique et les chercheurs définissent le T.U.C. en faisant la moyenne arithmétique des mesures de chaque horloge (en ayant tenu compte des fuseaux horaires dans lesquels sont situés chaque horloge atomique). Ce temps universel coordonné est bien sûr définit en GMT c'est-à-dire qu'il donne l'heure au méridien 0 (Le Méridien de Greenwich ). Notons que la France a d'ailleurs été l'un des précurseurs en la matière : en plus d'accueillir à le bureau International des Poids et des Mesures à Sèvres, nous totalisons pas moins de 20 horloges atomiques sur notre territoire (essentiellement situées dans des observatoires scientifiques)
Bureau International des
Poids et des Mesures
- TAF : Temps Atomique Français, il est construit comme le TAI mais à l’échelle nationale.
Intérêts pour les systèmes de navigation :
Sans horloge atomique le positionnement par satellite (GPS) ne pourrait pas exister. En effet, si l’horloge qui mesure ce temps fait une erreur d’un millionième de seconde (10-6 s) l’erreur de distance est de 300 m.Les systèmes de navigation tels que le GPS (Global Positioning System) américain ou le GLONASS (Global Navigation Satellite System) russe, les systèmes de navigation routière de type TOM-TOM, les systèmes de navigation maritime fondés sur la localisation du navire font également appel à des horloges atomiques.
Le GPS, par exemple, utilise un réseau de satellites et permet à un navigateur ou à un randonneur de déterminer sa position à quelques dizaines de mètres près. Chaque satellite envoie des signaux radio contenant des informations sur sa position et l’instant d’émission, données fournies de façon très précise grâce à l’horloge atomique embarquée. Le calcul de la position du récepteur peut alors s’effectuer par triangulation en déterminant les distances séparant le récepteur de trois au moins des satellites (la distance est le produit de la vitesse de la lumière par le temps mis par les signaux pour parvenir au navigateur). + les balises de détresse permettant de localiser une situation de détresse : navire en perdition, marin tombé à la mer, victimes d’avalancheSynchronisation des réseaux de télécommunications à haut débit (à l’échelle de 10 gigabits par seconde) :
Pour des mesures ultra-précises de durées, fréquences, dates pour les télécommunications (ordres de bourse et mouvements de capitaux mondiaux, paiements par carte bancaire, télévision par satellite, téléphonie, télévision sur mobile, TNT).
Recherche fondamentale (géophysique, géodésie, astronomie, cosmologie, astrophysique) :
Les pulsars, les trous noirs, l’évolution de l’univers, les images de Mars, Vénus, de galaxies très éloignées publiées dans les revues grand public et spécialisées seraient impossible sans les horloges atomiques permettant les mesures ultra-précises de distances, grâce à des mesure du temps à 10-15 seconde. Ainsi que la télécommande de sondes spatiales lointaines, ou encore les tests expérimentaux de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein.
Relativité restreinte : On peut distinguer dans cette théorie trois parties indépendantes (philosophique, physique et géométrique) et la résumer par la phrase suivante : Le monde est fixe, en équilibre dans un espace de dimension 4. Albert Einstein développa la relativité restreinte à partir de deux postulats :
- Les lois de la physique restent les mêmes dans tous les cadres de référence
- La vitesse de la lumière dans le vide reste constante dans tous les cadres de référence. Elle ne dépendait pas du mouvement de la source d’émission. Tous les observateurs, quel que soit leur mouvement, mesurent la même valeur.
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| Trou noir |
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| Pulsar |
Relativité restreinte : On peut distinguer dans cette théorie trois parties indépendantes (philosophique, physique et géométrique) et la résumer par la phrase suivante : Le monde est fixe, en équilibre dans un espace de dimension 4. Albert Einstein développa la relativité restreinte à partir de deux postulats :
- Les lois de la physique restent les mêmes dans tous les cadres de référence
- La vitesse de la lumière dans le vide reste constante dans tous les cadres de référence. Elle ne dépendait pas du mouvement de la source d’émission. Tous les observateurs, quel que soit leur mouvement, mesurent la même valeur.
Systèmes de surveillance :
Bracelets pour prisonnier en situation de semi-liberté, surveillance de malades d’Alzheimer déclenchant des alertes si le malade sort d’un périmètre géographique précis.
Outils de la logistique moderne :
Suivi d’un colis important par un transporteur multi-modal (DHL, FedEx, …), suivi de camions transportant des billets de banque, du combustible nucléaire, etc.
