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USA - LONDRES
LES HORLOGES ATOMIQUES
De la première en 1947 à 2017
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La première horloge atomique est apparue en 1955. Cette horloge a une plus grande précisions que les horloges apparues auparavant, 1 seconde en 3000 ans, elle est la base de la seconde. L'horloge atomique n'est plus définie à partir de mouvements astronomiques, mais à partir des fréquences de transition atomiques : par définition, la fréquence de transition entre les niveaux hyperfins de l'état fondamental de Césium 133 est 9 192 631 770 Hz. Ref:
Les meilleures horloges au césium (en 2013) parviennent à une stabilité de l'ordre de 1×10-14 s⋅s-1, et atteignent 2×10-16 s⋅s-1
dans ce cas une seconde en 160 millions d'années. Ref:
Heure précise en France
L'heure indiquée sur ce site est réglée par une horloge atomique via le protocole NTP.
Ce survol simplifié de l’heure atomique montre les difficultés
de la maîtrise du temps et de son usage.
Japon : Deux horloges qui ne dérivent que d'une seconde en 16 milliards d'années
(2015)
Cette nouvelle avancée en physique peut avoir des implications potentielles importantes pour la précision dans la mesure du temps universel ou encore sur la localisation par satellite
Des physiciens américains ont dévoilé jeudi 22 août 2013 l'horloge atomique expérimentale la plus précise au monde, capable de varier de moins d'une seconde en 13,8 milliards d'années, l'âge estimé de l'univers Ref:
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1967 : La seconde, unité du Système international, est définie lors de la 13e Conférence générale des poids et mesures selon les vibrations de l'atome de césium7. Ref:
Historiquement, la seconde est la trois mille six centième partie de l’heure,
qui elle est la vingt quatrième partie du jour solaire,
jour solaire malheureusement mal défini.
Définition de la seconde (de 1960 à 1967) :
La seconde est la fraction 1/31.556.925,9747 de l’année tropique pour 1900 janvier 0 à 12 heures de temps des éphémérides.
Actuellement, la seconde est définie comme étant un certain nombre de fois
la valeur du temps atomique.
Ainsi, depuis la 13e Conférence générale des poids et mesures, la seconde n’est plus définie par rapport à l’année, mais par rapport à une propriété de la matière ; cette unité de base du système international a été définie en 1967 dans les termes suivants :
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental 6S½ de l’atome de césium 133.
L’horloge atomique
C’est en 1947 que H. Lyons met au point la première horloge atomique ; mais la précision de l’horloge n’étant pas meilleur que celle au mécanisme à quartz, l’idée fut abandonnée.
La précision obtenue est dix fois plus grande que celle de la meilleure des montres mécaniques qui fut inventée précédemment (en 1675 par Isaac Thuret) : une seconde de retard en six ans (ceci est purement théorique)
La première horloge à quartz, baptisée Crystal clock, est présentée en 1927 par Warren Morrison et J.W. Horton du Bell Telephone Laboratories1,2,3.
En 1967, les deux premiers mouvements à quartz pour montre sont présentés, un par le Centre Electronique Horloger (mouvement béta 1) et l'autre par le centre de recherche et développement de Seiko. Ref:
La première montre-bracelet à quartz commercialisée, la Seiko 35SQ, apparaît en 1964. Commercialisée à 100 exemplaires avec un boitier en or, elle coûtait le prix d'une voiture.
Les premières montres suisses à quartz, utilisant le mouvement beta 21,
sont commercialisées à partir de 1970.
Cependant en 1955, Essen et Parry mirent au point une horloge atomique à jet de césium reconnue encore maintenant comme l’horloge la plus précise du monde ;
Ce fut la naissance du temps atomique international.
Pour mesurer la distance séparant l’émetteur sur Terre du satellite, on mesure le temps ∆t séparant l’émission de la réception et on le multiplie par la vitesse de propagation du signal, c'est-à-dire la vitesse de la lumière (299 792,458 kms)
Si l’horloge qui mesure ce temps fait une erreur d’un millionième de seconde (10-6 s) l’erreur de distance est de 300 m !
C’est pourquoi les systèmes de positionnement par satellite (GPS), qui ont besoin de précision au mètre près ont à leur bord des horloges atomiques qui fonctionnement avec un précision d’une nano-seconde (10-9 s).
SATELLITES DE NAVIGATION
Les satellites de navigation ont pour mission d'envoyer des signaux permettant au récepteur qui les reçoit de calculer sa position (latitude, longitude, altitude)
Pourquoi faut-il mesurer le temps avec précision ?
Les messages envoyés par les satellites sont découpés par tranches de quelques millionièmes de seconde, cela afin de relayer un maximum de communications dans un minimum de temps.
Ce découpage nécessite donc une horloge d'une extrême précision.
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Pour que l’ordre parvienne à une sonde au fin fond de l’espace, il faut être capable de localiser la sonde au cm près alors qu’elle est située 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.
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Plusieurs systèmes sont opérationnels:
le GPS américain, GLONASS russe, Beidou ou Compass chinois, Galiléo EU Ref 2:
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Les applications les plus connues sont :
les systèmes de navigation routière de type TOM-TOM, GARMIN, etc
les systèmes de navigation maritime.
Les balises de détresse :
Navire en perdition, marin tombé à la mer, victimes d’avalanche, les systèmes de surveillance: bracelets pénal, surveillance de malades, les outils de la logistique moderne : suivi d’un colis, suivi de camions, du combustible nucléaire, etc.
Les applications militaires d’observation,
surveillance localisation, balistique, missiles, drones,etc.
Le ralentissement du temps et l’effet Einstein
Mesurer le ralentissement du temps au voisinage d’un corps massif. Une horloge atomique fut placée à bord d’un avion volant à 10 kilomètres d’altitude. Au retour, elle avait quelques milliardièmes de seconde d’avance sur une horloge identique qui était restée au sol
Le temps s’était bel et bien écoulé un peu plus lentement à la surface de la Terre qu’à une altitude de 10 kilomètres. Ref:
A quoi ça sert?
Loin des gnomons et des clepsydres, pensez vous? pas sur.
Coupez le courant !..
G.Guilbaud
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