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HORLOGES ATOMIQUES

HORLOGES ATOMIQUES ~1950

L'horloge atomique fonctionne grâce à l'action des électrons dans un atome. La première fut fabriquée en 1947. Depuis 1967, c'est l'horloge atomique au césium qui sert à définir la seconde, unité du système international :
"La seconde 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."
Les horloges atomiques servent à établir une nouvelle échelle de temps, le «temps atomique international» (TAI). C’est la moyenne pondérée des informations fournies par près de deux cents horloges atomiques qui constitue le TAI.
Ces horloges dérivent de moins d'une seconde en 3000 ans.
Le TAI s'écarte progressivement du Temps Universel UT. On ajuste le Temps Universel Coordonné (UTC), sous la forme de secondes intercalaires, afin d'obtenir un temps civil qui ne s'écarte pas trop du temps solaire moyen.
Les applications des horloges atomiques touchent 3 domaines principaux :
- tests et mesures du temps
- positionnement et navigation terrestre (GPS, ...)
- navigation spatiale


Horloge atomique à césium ayant servi à réaliser le temps légal français dans les années 1980 et prise comme référence pour l'horloge parlante

Les besoins de précision sur la mesure du temps

Pourquoi a-t-on besoin de mesurer le temps de façon précise ?
Le système G.P.S, utilisé pour se repérer à la surface du globe, fonctionne avec de telles horloges. Par exemple : si l’horloge qui mesure le temps fait une erreur d’un millionième de seconde (10-6 s) l’erreur de distance est de 300 m. Pour un besoin de précision au mètre près, on doit disposer d'horloges atomiques qui fonctionnement avec un précision d’une nano-seconde (10-9 s).
En matière de navigation spatiale, il faut être capable de localiser une sonde spatiale ou un satellite au cm près alors qu’il est situé à plusieurs millions de km de la Terre et que le signal émis de Terre (et voyageant pourtant à la vitesse de la lumière) peut mettre plusieurs heures pour atteindre la sonde. La précision nécessaire de la mesure du temps est alors de l’ordre de 10-15 seconde.

 


Evolution de la précision de la mesure du temps

BIBLIOGRAPHIE - Sources des notes de ce texte

"Les nombreuses applications de l'horloge atomique"
"La mesure du Temps au XXIème siecle" : Séminaire Poincaré - XV - Le Temps (2010)
"La mesure du Temps " : Astrosurf