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Vous avez sûrement déjà entendu parler de l'horloge atomique sans comprendre vraiment de quoi il s'agissait. On vous explique tout.
Tout d'abord, vous devez savoir qu'une horloge atomique n'est pas comme n'importe quelle horloge que vous pourriez acheter dans un magasin (ou sur notre boutique par exemple).
Pourquoi ? Eh bien parce que :
Ça fait beaucoup de raisons.
Et en plus... Je ne vais pas vous faire un dessin, les horloges atomiques ne ressemblent à peu près à rien. C'est à mi-chemin entre une imprimante 3D, un satellite et un ordinateur gros comme une machine à laver. Il n'y a même pas de cadran ! L'horloge atomique est donc un outil scientifique réservé aux physiciens.
Pas très pratique pour lire l'heure.
Mais très utile pour garder une mesure du temps avec exactitude.
Toutes les horloges satellites du monde se règlent donc sur ce qu'on appelle le "Temps Atomique International" ou "Temps Universel Coordonné" (UTC en anglais), défini par des horloges atomiques.
Et en se servant de cet étalon, le système horaire a une synchronisation parfaite pour tout le monde.
Eh bien ce n'est pas simple si vous n'y connaissez rien en physique. Mais je vais essayer d'être clair.
Une horloge classique, normalement, fonctionne grâce à la stimulation électrique d'un cristal de quartz (on parle d'ailleurs d'horloges à quartz).
Lorsqu'on le stimule, le cristal vibre un certain nombre de fois par seconde. Alors, on compte le nombre de vibrations et on sait combien de temps il s'est écoulé. Un mécanisme se met alors en place pour assurer la rotation des aiguilles sur le cadran.
Mais il y a un inconvénient.
Lequel ? Eh bien même si les horloges à quartz sont beaucoup plus précises que les horloges à balancier (pendule) par exemple, elles sont quand même sujettes à des écarts importants.
En effet, les écarts de température, d'humidité, de pression... Causent des contractions et des dilatations du cristal de quartz, qui se met alors à vibrer à des fréquences différentes.
C'est d'ailleurs pour ça que votre montre se dérègle sans arrêt : Si vous passez votre temps à l'enlever et à la retirer (pour dormir par exemple), la température change en permanence selon si la montre est en contact ou non avec votre poignet (37°C !).
Et comme la température change, l'oscillateur à quartz se dérègleun peu à cause de la fréquence de vibration qui change. Vous ne vous en apercevez pas tout de suite, mais au bout de quelques mois, vous constatez un retard ou une avance de quelques minutes.
C'est pour cette raison que les montres ne sont jamais exactement à l'heure.
Un deuxième facteur rentre en compte dans le dérèglement d'une horloge à quartz : le cristal de quartz en lui-même. Les cristaux de quartz ne sont pas tous parfaits, et leur formation (naturelle) est souvent accompagnée d'anomalies qui les conduisent à être moins précis.
Pour l'anecdote, au Moyen-Âge on n'avait aucun moyen de mesurer le temps avec autant de précision. Le décalage est devenu si important qu'il fallut un jour remettre les pendules à l'heure : on avait accumulé 13 minutes de retard !
Aujourd'hui, on a l'horloge atomique est on est bien contents.
C'est simple : au lieu de stimuler un cristal de quartz... On stimule un petit tas d'atomes ! Voilà, c'est aussi facile que ça.
En fait, les atomes séparés ne peuvent pas contenir d'imperfections comme un cristal de quartz (par nature, ce sont tous les mêmes).
Il suffit donc de vérifier que les conditions de température et de pressions restent les mêmes. On est alors sûrs de la vitesse d'oscillation des atomes et on peut donc toujours rester à la bonne heure.
En fait, on ne parle pas d'oscillation d'atomes, mais de changements de niveaux d'énergie. Mais fondamentalement, pour nous ça ne change pas grand-chose.
Pour vous donner un chiffre : une seconde est définie par 9192631770 oscillations de l'atome de césium 133 à la température du zéro absolu.
D'ailleurs, voici la définition d'une seconde selon Wikipédia : La seconde, s, est l'unité de durée ; sa valeur est définie en fixant la valeur du nombre de périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 à la température du zéro absolu à exactement 9 192 631 770 quand elle est exprimée en s−1.
Il y a quelques termes qui doivent encore vous sembler assez techniques... Mais vous voyez l'idée.
D'ailleurs, en 2019 l'Observatoire de Paris (en accord avec le Bureau International des Poids et Mesures) a été amené à créer cette nouvelle définition car l'ancienne était sujette à trop d'imprécisions.
La métrologie, c'est du sérieux !
Concrètement, ça veut dire que dans une horloge atomique, on met du césium à -273°C, on le branche à de l'électricité et qu'on mesure 9 192 631 770 vibrations (ou oscillations). Quand les 9 192 631 770 oscillations sont faites, une seconde est passée.
Et ensuite... On recommence pour celle d'après.
Vous vous rendez bien compte qu'on ne va pas vendre une horloge comme ça à tout le monde ! Par contre... On a de très bonnes horloges à quartz qui conviennent très bien pour un usage domestique. Elles se dérèglent peut-être d'une petite dizaine de secondes tous les mois, mais c'est assez supportable.
Et elles sont quand même nettement plus jolies :-)
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