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 Actu : Métrologie : gardiens du temps

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ZEN
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ZEN


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MessageSujet: Actu : Métrologie : gardiens du temps   Actu : Métrologie : gardiens du temps EmptyDim 4 Oct - 6:12

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Métrologie : gardiens du temps

"Un instant, s'il vous plaît, j'en ai pour 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." Imaginez un monde régi par les physiciens : voici comment on demanderait à son interlocuteur de patienter une seconde.
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Depuis 1967, dix ans après l'avènement des horloges atomiques, cette unité est en effet définie par rapport à la résonance du césium - sa mise en harmonie avec une fréquence donnée. Mais depuis, la mesure du temps n'a cessé de s'améliorer, si bien que le comité consultatif temps fréquence du Bureau international des poids et mesures (BIPM), basé à Sèvres (Hauts-de-Seine), est agité de grands débats pour savoir comment redéfinir la seconde. La compétition est intense au plan international pour proposer un successeur au césium 133.
"Le problème, c'est que chaque laboratoire dans le monde développe son propre type d'horloge. Or il faut avoir les moyens de les intercomparer, sinon, cela n'a pas beaucoup de sens", note André Clairon. Pionnier des horloges à fontaine d'atomes, au laboratoire Syrte (Systèmes de référence temps-espace)situé à l'Observatoire de Paris et dépendant du Laboratoire national de métrologie et d'essai (LNE), il sait mieux que personne qu'une horloge isolée n'est que d'un piètre secours : impossible de dire si elle ne dérive pas. Deux horloges côte à côte, voilà qui est déjà mieux. Mais laquelle retarde ou avance par rapport à la "vraie" seconde ? "Pour savoir qui fait quoi, il en faut trois, c'est un minimum", résume André Clairon.
Le laboratoire Syrte est le seul au monde à faire fonctionner depuis des années en parallèle plusieurs horloges en fontaine atomique, "et on voit bien qu'il y a des différences entre chacune", note le chercheur, qui s'est vu remettre, mardi 29 septembre, le Premier Prix de la recherche du LNE.
Ces horloges sont dites en fontaine, car elles ont pour objectif d'"interroger" des atomes après les avoir piégés au moyen de faisceaux lasers convergents. Ce nuage d'atomes est ensuite projeté verticalement. Le temps qu'il retombe, il aura été possible d'asservir un oscillateur à la résonance entre divers états de ces atomes, et d'en déduire une fréquence avec une très grande précision.
A Boulder (Colorado), les Américains du National Institute of Standards and Technology (NIST) prétendent être capables de descendre à une exactitude de 3.10-16 soit, dans l'absolu, une dérive d'une seconde tous les 100 millions d'années, contre 70 millions d'années environ pour les horloges du Syrte. La performance du NIST mériterait de s'appuyer sur une intercomparaison plus solide, notent les Français.
Mais ceux-ci hésitent à relancer une telle querelle. Car il est un secteur où les Américains sont souverains, c'est l'horloge à ions (aluminium et mercure) où ils s'approchent des 10-17. Sur cette technologie, la France, partie trop tard, ne tente même pas de rattraper son retard. "Il faut compter une dizaine d'années pour maîtriser ce genre de technologie", constate André Clairon.
Une science poussiéreuse ?
Aussi le Syrte mise-t-il sur l'alternative des horloges dites optiques : dans un souterrain construit il y a un siècle et demi au coeur de l'Observatoire de Paris, ses équipes ont construit d'autres labyrinthes de lumière pour piéger et jongler avec des atomes de strontium. Ceux-ci promettent en théorie de découper le temps avec une précision cent fois meilleure que la précédente génération d'horloges atomiques.
Pourquoi cette course à la précision ? "Pour tester les questions fondamentales de la physique, mais aussi pour améliorer des applications géodésiques, comme le positionnement par satellite", explique Noël Dimarcq, le directeur du Syrte. La métrologie est longtemps passée pour une science poussiéreuse, obsédée par la conservation d'étalons sous cloche, rappelle-t-il. Mais depuis une quinzaine d'années, "on prend conscience qu'on a besoin d'elle pour faire avancer d'autres disciplines", souligne le chercheur.
Sans chronomètre précis, il sera impossible de mettre à l'épreuve

Sans chronomètre précis, il sera impossible de mettre à l'épreuve le principe d'équivalence d'Einstein, selon lequel les lois de la physique sont partout et toujours les mêmes. Certains théoriciens estiment que ce principe devrait être violé. Pour l'heure, les horloges n'ont pas permis de trancher sur ce point, mais elles ont contribué à l'évaluation d'invariants, comme celui de Lorentz ou de paramètres du modèle standard en cosmologie.
Celles du Syrte ne tournent pas en circuit fermé. Elles contribuent à l'étalonnage du temps atomique international (TAI) qui permet au BIPM de générer le temps universel coordonné (UTC). Mais elles sont aussi connectées par fibre optique à plusieurs laboratoires, à Villetaneuse et au Laboratoire Kastler-Brossel (LKB) de l'ENS.
Juste retour des choses : c'est dans ce dernier qu'ont été découverts certains des procédés, couronnés par des Prix Nobel (Alfred Kastler, 1966 ; Claude Cohen-Tannoudji, 1997), qui ont rendu possible le développement d'horloges toujours plus performantes. C'est aussi là que s'imaginent les prochaines générations de gardiens du temps. C'est ainsi que depuis 2005, des puces à atomes froids sont testées au LKB, "qui donnent un diapason, un étalon de fréquence différent des fontaines à atomes", indique Jacob Reichel. La miniaturisation "permettra-t-elle un jour de fabriquer une montre avec une horloge atomique ?", s'interroge Paul Indelicato, le directeur du LKB.
Pour l'heure, sur la vingtaine de fontaines atomiques à césium dans le monde, une seule est transportable, la fontaine mobile FOM du Syrte, bien utile pour comparer ses homologues. FOM est issue de la modification du prototype de Pharao, une horloge qui doit rejoindre en orbite la station spatiale internationale. Relié au sol par micro-ondes, Pharao devrait bénéficier, grâce à la micropesanteur, d'une stabilité et d'une exactitude inégalée : 10-16, l'équivalent d'une dérive d'une seconde en 300 millions d'années. Idéal pour régler les horloges terrestres, caler celles embarquées sur les satellites GPS (fiables à 10-14) et tester plus finement certaines prédictions d'Einstein. A condition d'être ponctuel : Pharao aurait dû être lancé en 2001. Mais chercheurs et industriels ont bien dû reconnaître que scander la seconde dans l'espace est plus compliqué que de battre sa mesure sur Terre. L'horloge ne sera en orbite, au mieux, qu'en 2013.Hervé Morin







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