L’Horloge Atomique – L’Heure Continue De Tourner

Lorsque la plupart des gens pensent à l’ère numérique et aux ordinateurs, aux satellites et aux portables, la puce en silicone est ce qui vient à l’esprit des gens. Pourtant, en dépit de son importance dans le monde entier, une des technologies que nous utilisons sans réfléchir et que nous ne pourrions nous passer est l’horloge atomique.

La première horloge atomique la plus précise a été développée en 1955 par le docteur Louis Essen, né en Angleterre. Il a travaillé pendant la deuxième guerre mondiale sur un radar de haute fréquence ce qui l’a amené à développer la méthode de résonance servant à mesurer la vitesse de la lumière.

En 1955, avec la même technologie, il a développé la première horloge atomique la plus précise du monde, au laboratoire national physique au Royaume-Uni. Cette horloge était basée sur la résonance de l’atome de césium.

Selon la théorie quantique, les atomes peuvent seulement exister dans des états d’énergie qui sont quantifiés sur des orbites d’électrons. Une horloge au césium fonctionne en exposant les atomes à des micro-ondes jusqu’à ce qu’ils oscillent sur une de leurs fréquences sonores. Il a été découvert qu’un atome de césium résonnerait à 9,192,631,770 hertz (par seconde).

Grâce à l’exactitude des signaux de résonance et du nombre important des oscillations, les horloges atomiques (quelquefois appelées horloges au césium) sont exceptionnellement précises. Le premier dispositif d’Essen offrait une précision d’une seconde pour 1000 ans alors que la deuxième génération d’horloges atomiques est tellement précise qu’elles ne perdront pas une seconde, ceci sur une période de plusieurs centaines de millions d’années.

A l’issue de ce niveau de précision, les problèmes sont survenus par rapport à la manière dont l’échelle de temps est structurée. Traditionnellement, le GMT (Greenwich Meantime) est la base de temps. GMT est basé sur le principe que le soleil a atteint le point le plus haut à midi (ou sur la ligne méridienne de Greenwich). Malheureusement, comme les horloges atomiques sont tellement précises, on a découvert que la terre elle-même n’était pas aussi précise au cours de sa rotation et qu’elle était souvent ralentie par les effets de gravité de la lune.

Si on laissait les choses se faire, à la fin, le temps atomique international (TAI – le temps donné par les horloges atomiques) dériverait et ne serait plus synchronisé avec le GMT : la dérive pourrait atteindre plusieurs jours, voire plusieurs millénaires.

Le temps universel coordonné (UTC) a été développé pour faire face à ces problèmes. Ce dernier est basé sur TAI et explique comment le ralentissement de la rotation de la terre fonctionne si on ajoute des sauts de secondes occasionnels, dont 33 qui sont été ajoutés depuis les années 70.

Les horloges atomiques sont cruciales pour les réseaux de télécommunications. Les transferts de messages ou de données qui doivent voyager en paquets dans le monde entier ont besoin d’être décryptés car le temps est le seul point de référence qu’un ordinateur peut se servir pour rassembler les paquets.

Les horloges atomiques ont également rendu la communication par satellite possible car la vitesse de la lumière est trop rapide (900,000 km par seconde), une légère variation dans le temps pourrait créer de grosses différences. Les systèmes de navigation satellitaire (GNSS) tels que GPS (Global Positioning System) dépendent beaucoup des horloges atomiques car le signal de temps est ce dont se sert un récepteur GPS pour trianguler une location.

Grâce aux horloges atomiques et à ses dispositifs tels que le serveur ntp (Network time Protocol) qui attribue une référence de temps à une horloge atomique, celle-ci est reçue soit par radio ou par récepteur GPS sur un réseau informatique pour synchroniser les ordinateurs à l’heure juste. Grâce à ces technologies, les transactions électroniques peuvent être effectuées jusqu’à 5 nanosecondes près. S’il n’y avait ces technologies, les opérations commerciales « online » telle que la bourse, l’achat d’un ticket d’avion ou même les enchères sur Internet ne seraient pas possible.