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Le temps au rythme de l'oscillation des atomes


Au quatrième top, il sera ... Le retard est un luxe que ne peuvent pas s'offrir les équipements de communication et de transport. Pour les aligner exactement sur la meme heure, les horloges atomiques s'imposent comme l'étalon de référence. Reportage.

Quelques laboratoires parisiens assurent la stabilité du temps. Petite visite.

Le temps semble peser davantage lorsqu'on pénètre dans les locaux du Laboratoire primaire du temps et des fréquences (LPTF), à Paris. A deux pas de la place Denfert-Rochereau, il n'a pas suspendu son vol. Mais il est sous la haute surveillance de gardiens d'un temple particulier, celui de la seconde, jaugé par les horloges les plus précises du monde.

Le temps légal français est en effet déterminé dans ces murs. Cinq horloges atomiques au césium et deux masers à hydrogène - un autre type d'horloge, plus constant sur le court terme et moins sur le long terme -, placés à vingt-huit mètres sous terre, assurent la stabilité du temps avec des performances meilleures que le millionième de seconde. Pourquoi les étalons du temps sont-ils ensevelis dans les catacombes ? Simplement parce que la température et l'hygrométrie constantes du sous-sol parisien contribuent à la stabilité des horloges qui, sinon, avancent et reculent avec les variations climatiques : moins vite l'été et plus vite l'hiver.

Encerclés par des armoires électroniques sur lesquelles l'heure s'égrène sous forme de diodes rouges, les ingénieurs veillent au bon fonctionnement des équipements. Des crépitements d'imprimantes viennent inscrire des données scrupuleusement scrutées et conservées. L'objectif est de mesurer le moindre écart au rythme du temps. Pour étonner le visiteur, on fait parler l'horloge. Un bouton est enfoncé, le temps donne de la voix : « Au quatrième top, il sera... », affirme la voix masculine enregistrée. D'habitude, c'est au téléphone. Là, c'est en direct.

A peine plus grande qu'une boîte à chaussures, une des horloges au césium, dont une carte électronique a rendu l'âme, est posée sur une table. Après une rapide maintenance, elle repartira faire osciller ses atomes de césium entre deux niveaux d'énergie. C'est leur fréquence qui produit l'unité de temps. « Nous fournissons l'UTC OP - temps universel coordonné de l'observatoire de Paris - en temps réel, dit Raymond Tourde, ingénieur responsable de l'exploitation horaire. C'est-à-dire que nous réalisons une échelle de temps physique, un signal d'horloge diffusé à tous les utilisateurs. »

Fidèle à l'heure depuis plus de trente ans, Raymond Tourde explique la différence entre le LPTF, qui fait partie du Bureau national de métrologie (BNM), et le Bureau international des poids et mesures (BIPM), localisé à Sèvres. Ce dernier laboratoire est chargé de vérifier que les horloges du monde entier résonnent d'un même battement atomique. C'est aussi au BIPM qu'incombe la décision de remettre ponctuellement les pendules à l'heure. A Sèvres convergent en effet les mesures de plus de deux cents horloges atomiques.

« Nous avons une fonction de définition et de maintenance des unités de temps. Il y a environ soixante laboratoires qui nous envoient leurs données, explique Felicitas Arias, astrophysicienne, à la tête du secteur temps au BIPM. Avec ces chiffres, nous faisons tourner nos programmes. Une moyenne est calculée, qui nous sert à fabriquer les échelles de temps uniformes. » Le BIPM édite alors une fois par mois le temps atomique international (TAI).

L'avènement des instruments de précision dans la mesure du temps a en effet permis de constater que le rythme de la rotation de la Terre se ralentit. Il faut alors corriger et recaler l'heure atomique sur le mouvement de la Terre. Sinon, au fil des siècles, heure atomique et heure solaire seraient décalées. Ce qui se révélerait très contrariant pour toute forme d'activité humaine, car, en dépit des avancées technologiques, le lever, le déjeuner et le coucher sont toujours conditionnés par le Soleil.

« Pratiquement quand nous constatons une différence de six dixièmes de seconde entre la rotation du globe et le temps atomique, nous faisons sonner l'alarme. En réalité, nous annonçons la date à laquelle in tervient la seconde intercalaire », ajoute Félicitas Arias. Elle explique que cette seconde enlevée ou rajoutée à l'initiative du Service international de rotation de la Terre permet au Soleil d'être ponctuel par rapport aux horloges atomiques. L'astre est au méridien de Greenwich, à midi, à neuf dixièmes de seconde près. Au mois de juin 2000, une de ces secondes « bissextiles » devait être rajoutée, mais la Terre n'a pas ralenti sa rotation comme prévu. Le BIPM a donc remis l'ajout à plus tard.

Mais à quoi sert donc de déterminer aussi précisément le temps en un point si l'on ne peut le transmettre ? Si l'horloge parlante suffit pour mettre à l'heure une vulgaire tocante, il faut d'autres moyens de transmission pour les applications scientifiques et techniques. Le LPTF utilise ainsi les ondes de France Inter sur la fréquence 160 kHz pour diffuser sur tout le territoire ces informations de temps. Depuis l'avènement du GPS, les satellites servent aussi à la transmission de l'heure. Ils en sont en même temps très dépendants puisque le système de positionnement GPS repose sur des différences de durée. Ainsi, plus l'heure est précise, plus la précision du positionnement l'est aussi.

Au quatrième top, il sera... Le retard est un luxe que ne peuvent pas s'offrir les équipements de communication et de transport.Pour les aligner exactement sur la même heure, les horloges atomiques s'imposent comme l'étalon de référence. Reportage.