Le temps des atomes
26/04/12

Une seconde en plus en 2012

Avec cette définition atomique du temps, on se trouve en quelque sorte en présence de deux temps: il y a toujours le temps astronomique, celui que nous vivons en quelque sorte tous les jours, héritage de la définition basée sur la rotation de la Terre. Et le temps atomique, totalement indépendant de cette rotation. Il y a donc ce que l’on appelle le temps universel (UT), basé sur la rotation de la terre, et le temps atomique international (TAI), donné par la moyenne d’un ensemble de plusieurs centaines d’horloges atomiques réparties de par le monde, moyenne réalisée sous la houlette du Bureau International des Poids et Mesures situé dans la banlieue parisienne. Les deux temps ne vont faire que diverger au cours du temps puisque le premier est basé sur un phénomène qui ralentit en moyenne alors que le second est beaucoup plus stable, plus régulier. Si on mesure très précisément 24 heures sur une horloge atomique, on constatera que, pendant ce laps de temps, la Terre n'a pas tout à fait terminé une rotation complète... C'est la raison pour laquelle, de temps en temps, on doit rajouter une seconde, dite intercalaire (ou en enlever une si par exemple la répartition des masses à la surface de la Terra faisait que sa rotation s'était momentanément accélérée!). C'est ce qui se produira en cette année 2012: la dernière minute du dernier jour de juin comptera une seconde supplémentaire : après 23h59’59’’ – 30 juin, heure GMT, il sera 23h59’60’’, puis seulement encore une seconde plus tard 0h0’0’’ – 1er juillet. A ce moment, l’écart entre les deux échelles de temps sera à nouveau réduit en deçà de la seconde. A ce jour, depuis 1972, 24 secondes intercalaires ont été ajoutées pour garder la coïncidence entre les deux types de temps. Le temps TAI ainsi corrigé est appelé temps universel coordonné (UTC). Il présente le double avantage d’avoir la précision du temps atomique international TAI tout en gardant une bonne synchronisation avec la rotation de la terre, c’est-à-dire avec le temps universel UT.

Pourquoi vouloir cette coïncidence alors que la différence est tellement minime que, pendant longtemps, nous ne la remarquerons pas? Il faudra en effet attendre quelques milliers d’années pour qu'il y ait une différence d'une heure entre les 2 échelles de temps. Il sera toujours temps à ce moment là d’effectuer une correction en une seule fois... La demande de synchronisation est venue des marins qui, au début des années 1970, lorsque le temps atomique venait d'être défini, avaient besoin de signaux temporels calés au mieux sur la rotation de la Terre car ils effectuaient encore beaucoup de mesures au sextant. A l'heure des GPS, cette nécessité n'existe plus et il est de plus en plus question de supprimer cette seconde intercalaire car il n'est pas aisé d'ajouter une seconde en même temps à toutes les horloges atomiques. « Mais cela n'enthousiasme pas les Anglais, sourit Thierry Bastin, car cela voudrait dire que le méridien de Greenwich perdrait encore davantage de son importance! Par abus de langage, GMT (Greenwich Mean Time) est en effet aujourd’hui souvent employé comme synonyme du temps universel coordonné UTC, bien que stricto sensu GMT signifie simplement l’heure solaire moyenne au méridien de Greenwich et correspond donc normalement au temps universel UT. Alors, si l'UTC venait à disparaître au profit de TAI, Greenwich serait renvoyée définitivement à l'histoire …, du moins pour ce qui concerne son rôle particulier dans l’établissement de l’échelle de temps officielle. »

L'horloge liégeoise

Les premières horloges atomiques ont vu le jour fin des années 1940, mais ces essais n'ont guère été concluants. Ils le deviendront milieu des années 1950, avec le recours aux atomes de césium, plus exactement son isotope 133, qui n'est pas radioactif. « En principe, tous les atomes peuvent être utilisés dans des horloges atomiques, précise Thierry Bastin, mais lorsqu'on a commencé à en construire, on a sélectionné des atomes (césium, rubidium et hydrogène) qui émettent dans une gamme de fréquences qu'on maîtrisait bien, à savoir les micro-ondes. » Si les atomes de césium ont été les premiers à être utilisés et restent sans doute les plus fréquents, les horloges à hydrogène (dites MASER à hydrogène pour Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation),  apparues au début des années 1960, offrent une plus grande stabilité. C'est à cette catégorie qu'appartient l'horloge mise au point à l'Université de Liège.

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