Horloges atomiques N Dimarcq

Mise à jour le 7 déc. 2017

CONFÉRENCE VEGA de Noël DIMARCQ,

Directeur de recherches au CNRS,
spécialiste des systèmes de mesure du Temps

Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir

Au théâtre Robert Manuel (Château de Plaisir)

«LES HORLOGES ATOMIQUES ET LA MESURE DU TEMPS»

Le Samedi 25 Novembre 2017 à 20H30

Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire

La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe puis CONFÉRENCES VEGA ensuite SAISON 2017/2018 ; elle s’appelle : VEGA-Dimarcq-V4.pptx

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse : pas encore disponible

BREF COMPTE RENDU

Notre public nous est fidèle, la preuve !

Je reprendrai en partie des comptes rendus que j’ai déjà écrits sur ce même sujet il y a peu.

Noël Dimarcq est Directeur de recherche au CNRS. Il a longtemps été responsable du SYRTE, Systèmes de Référence Temps-Espace situé à l'Observatoire de Paris.

Il est spécialisé dans les horloges atomiques et tous systèmes de mesure du temps.

Il nous parle ce soir du temps sous son aspect mesure et non pas philosophique (du genre le temps existe-t-il ? etc…), en fait il parle de la révolution des horloges atomiques.

Au début, une des méthodes les plus simples pour mesurer l’écoulement du temps était de l’associer à un phénomène linéaire, comme par exemple un sablier ou une clepsydre (horloge à eau, signifie voleur d’eau dans le sens de voleur du temps) ; de même les bougies graduées.

Mais on s’aperçut vite que la rotation de notre planète étant périodique pouvait aussi être un indicateur du temps qui passe.

Cela a donné naissance aux gnomons et cadrans solaires.

De plus les mouvements de la Terre sont irréguliers si on les regarde de près : mouvement du manteau et de l’intérieur de notre planète, influence des forces de marée (Lune, Soleil) qui ralentissent la rotation ….

Tout ceci nous a amené à l’époque récente (à partir de l’introduction des horloges atomiques) à corriger le temps universel en rajoutant une seconde additionnelle (leap second en anglais) de temps en temps pour rattraper cette irrégularité.

LES HORLOGES ATOMIQUES :

Le principe repose sur un principe quantique fondamental : un atome ne peut exister que sous différents niveaux d’énergie bien quantifiés dépendant de la nature de cet atome. Lorsqu’il est «illuminé» par un faisceau de photons à la bonne énergie, l’atome peut chasser un électron d’une couche interne ; afin de conserver l’énergie, l’atome réagit en émettant un photon correspondant exactement à la différence d’énergie entre ces couches.

Le principe d’une horloge atomique devient donc « simple » : il suffit de compter la fréquence émise par un atome bien particulier comme elle est constante, elle devient une base de temps.

Ça c’est pour le principe, maintenant pour arriver au résultat, on a besoin d’un asservissement avec un oscillateur hyper fréquence à quartz qui va irradier une cavité résonante afin de permettre aux atomes choisis (Cs par exemple) d’entrer dans la résonance voulue (pour le Cs : 9129631770 Hz).

Plus on est proche de la fréquence recherchée et plus les atomes sont excités, provoquant un signal qui va servir de contre réaction (asservissement) à la fréquence de l’oscillateur, qui va ainsi être pilotée par cette différence.

À la fin, le signal est parfaitement calé sur la fréquence de transition, fournissant ainsi une fréquence stable.

C’est donc à partir de 1967 que la seconde va être définie comme la durée de 9.129.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition de deux niveaux hyperfins de l’état fondamentale du Cs 133.

C’est le temps atomique international (TAI) il est donné par la moyenne de quelques centaines d’horloges atomiques mondiales, il est absolu et totalement déconnecté de la rotation de la Terre et de ses variations éventuelles.

C’est pour cette raison que l’on en a déduit le temps universel UTC, égal au TAI à un nombre de seconde près qui permet de tenir compte de la rotation de la Terre (seconde additionnelle).

Une des causes d’instabilité de ces horloges atomiques est l’agitation thermique des atomes utilisés.

Il faudrait donc utiliser des atomes « froids » le plus proches possibles du zéro absolu, c’est ce que l’on fait avec le refroidissement laser qui a permis d’améliorer la précision de ces horloges de façon exceptionnelle.

Ce sont des horloges à atomes froids ou horloges à fontaine d’atomes.

Cette technologie permet d’avoir des horloges très petites et très performantes : 10-16 sur la fréquence soit sur le temps : une seconde de variation sur 300 millions d’années !

Il existe un projet pour mettre une telle horloge dans l’espace sur l’ISS : PHARAO (acronyme de Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite). C’est un projet CNES/ESA qui devrait être installé en 2016.

Elle permettra aussi de tester la relativité