Le temps des atomes
26/04/12

La construction et la commercialisation d'horloges atomiques à hautes performances du type « Maser à hydrogène » restent l'apanage premier des Américains et des Russes. Les Suisses commercialisent également des horloges de ce type, mais avec un cœur russe. L'Europe voudrait devenir totalement autonome dans ce secteur, notamment pour répondre aux besoins de son système de géolocalisation Galileo. Le service de physique atomique du professeur Thierry Bastin a relevé le défi avec la société liégeoise Gillam-FEi dans le cadre du « Plan Marshall » wallon. Un premier prototype vient d'être réalisé. La prochaine étape a pour but de diviser par dix le poids de ces engins afin qu'ils puissent être embarqués à bas coût sur les satellites. Ce serait une première mondiale pour des masers de ce type.

ClepsydreL'histoire de la mesure du temps est probablement presqu'aussi longue que celle de l'humanité. Ou plus exactement l'histoire de la mesure d'intervalles de temps, car c'est toujours cela que nous mesurons. L'homme s'est donc très naturellement tourné vers des phénomènes qui présentaient une grande régularité comme la rotation de la Terre sur elle-même ou celle de la  Lune autour de la Terre. Puis il a essayé de réaliser des instruments capables d'objectiver ces observations et de mesurer de tels intervalles: cadrans solaires ou sabliers par exemple. Le XVIIe siècle, dans la foulée des travaux de Galilée sur le pendule, va connaître une avancée décisive: la mise au point des horloges à balancier. « Car, in fine, qu'est-ce qu'une horloge, s'interroge le professeur Thierry Bastin, directeur du service de spectroscopie atomique et de physique des atomes froids de l'Université de Liège? Un système qui, au cours du temps, va osciller de façon régulière. Peu importe ce qui oscille, mais on veut que cela soit le plus régulier possible. » Dans les horloges mécaniques, la période d'oscillation dépend de la longueur du balancier et de l'accélération de la pesanteur. Autrement dit, si la longueur du balancier se modifie (à cause de la température par exemple), l'horloge perd de sa précision; il en est de même si l'accélération de la pesanteur change (par exemple en prenant de l'altitude). Les horlogers n'auront donc de cesse de perfectionner leurs systèmes avec, il faut le reconnaître, des succès certains: en 1759 déjà, John Harrison fabrique une horloge dont la précision est d'un dixième de seconde par jour! Mais il faut attendre 1918 -du moins pour le principe, la réalisation viendra dans les années 1930- pour connaître une nouvelle percée scientifique: le système à quartz. Cette fois, ce qui oscille n'est plus un système mécanique mais une tension électrique. La vibration mécanique du cristal induit un champ électrique qui oscille à une fréquence précise et, surtout, bien plus élevée (quelques millions de fois par seconde) que celle des pendules. Or, plus le nombre d'oscillations dans un intervalle de temps donné est élevé, plus précise est potentiellement la mesure. On imagine donc sans peine que ces horloges à quartz, comme on les a nommées, ont un degré de précision et  d'invariabilité largement suffisant pour toutes les applications de la vie quotidienne. Mais les physiciens, s'ils expliquent les phénomènes de la vie quotidienne, doivent aussi s'en évader. La recherche d'une plus grande précision et fiabilité les a ainsi conduits vers la mise au point d'horloges atomiques.

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