Vous êtes-vous déjà demandé comment l’horloge mondiale fonctionne pour synchroniser tout le monde ? Nous vivons dans des fuseaux horaires différents, mais de New York à Melbourne, une seconde est toujours une seconde. C’est parce que tout le monde règle ses horloges locales en utilisant une norme internationalement reconnue appelée Temps universel coordonné, également connu sous le nom d’UTC.
UTC est défini par une agence des Nations Unies appelée Union internationale des télécommunications (s’ouvre dans un nouvel onglet). Il est basé sur deux mesures : le tic-tac de centaines d’horloges atomiques ultra-stables (International Atomic Temps) et la rotation du Terre (Temps universel). Les nations du monde entier définissent leur heure locale en ajoutant ou en soustrayant UTC en fonction de leur position sur le globe.
Laura Mears est une rédactrice scientifique passionnée et a déjà écrit pour nos publications sœurs How It Works et le magazine All About Space.
Quand l’horloge mondiale a-t-elle démarré ?
UTC, ou l’horloge mondiale, existe depuis le premier jour des années 1960, peu de temps après que Louis Essen ait construit la première horloge atomique. Cette montre de précision promettait de résoudre le problème séculaire des aiguilles des secondes qui tournaient trop vite ou trop lentement.
Avant les années 1950, les horloges les plus précises utilisaient des cristaux de quartz vibrants pour garder l’heure, mais les secondes dérivaient quotidiennement. L’invention d’Essen a utilisé les propriétés quantiques des atomes de césium pour maintenir la synchronisation des cristaux.
Aujourd’hui, plus de 400 horloges atomiques extrêmement stables gardent une trace du temps dans le monde entier. Chacun transmet un signal au Bureau international des poids et mesures (s’ouvre dans un nouvel onglet) en France. Le Bureau les compare une fois par mois pour arriver à un nombre final appelé le Temps atomique international (TIA) (s’ouvre dans un nouvel onglet). Chaque horloge reçoit une pondération différente dans le calcul en fonction de sa stabilité.
Le temps atomique est si précis que la Terre elle-même ne peut pas suivre. En théorie, notre planète tourne sur son axe une fois toutes les 24 heures. Mais en pratique, La rotation de la Terre est légèrement irrégulier. Ça fluctue de jour en jour, et ça ralentit progressivement.
L’irrégularité de la rotation de la Terre signifie que le temps atomique international fonctionne maintenant 37 secondes rapide. (s’ouvre dans un nouvel onglet)Si nous réglions nos horloges dessus, nous nous réveillerions bientôt pour le petit-déjeuner au milieu de la nuit.
Pour tenir compte de cette variation naturelle, l’horloge mondiale tient également compte de la rotation de la Terre. La Service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence (s’ouvre dans un nouvel onglet) (IERS) mesurent le temps terrestre, connu sous le nom de temps universel, en observant le étoiles course passé alors que la planète tourne. Ils combinent ensuite cela avec le temps atomique international pour obtenir un chiffre final pour le temps universel coordonné.
Quelle est la précision de l’horloge mondiale ?
Pour éviter que les horloges atomiques ne s’enfuient d’elles-mêmes lorsque la Terre ralentit, l’IERS essaie de maintenir le temps universel coordonné et le temps universel à moins de 0,9 seconde l’un de l’autre. Cela implique de faire des ajustements réguliers appelés « secondes intercalaires ».
La première seconde intercalaire a été ajoutée en 1972, et il y en a eu 26 autres depuis. Certaines années, il y en a eu plus d’un, d’autres il n’y en a pas eu du tout. En 2020, la rotation de la Terre s’est en fait accélérée, ce qui a amené les gens à se demander si nous aurions besoin de supprimer une seconde intercalaire pour la première fois.
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L’invention du temps
Les humains mesurent le temps depuis des dizaines de milliers d’années. Depuis l’aube de notre espèce, nous utilisons la rotation de la Terre pour suivre la journée, d’abord à l’œil, puis avec des cadrans solaires. Notre plus grand défi au départ était de pouvoir lire l’heure dans l’obscurité, en particulier au cœur de l’hiver lorsque les jours étaient courts. Les solutions comprenaient la mesure du débit de sable ou d’eau, ou le suivi de la longueur d’une bougie allumée.
Les premières horloges mécaniques n’apparaissent qu’à la Renaissance. Ils utilisaient des poids pour déplacer des roues afin de sonner des cloches pour indiquer les heures. Plus tard, les inventeurs ont remplacé la gravité par des ressorts et les rouets par des pendules oscillants. Enfin, au 20ème siècle, les premières horloges à quartz sont inventées, laissant la place au temps atomique.
Comment fonctionnent les horloges atomiques ?
Les horloges utilisent des oscillateurs pour garder le temps. Ces appareils ont un comportement périodique, oscillant d’avant en arrière à un rythme régulier, comme un pendule. Plus le swing est rapide, plus l’horloge est précise.
L’oscillateur d’horloge le plus courant est un cristal de quartz. Il vibre des milliers de fois par seconde, générant une onde qui monte et descend selon un schéma prévisible. Le problème, c’est qu’il n’est pas complètement stable.
Les tâches urgentes, comme le déplacement d’engins spatiaux, nécessitent des horloges capables de mesurer le temps au milliardième de seconde. Les horloges à quartz ne peuvent pas fournir ce niveau de précision.
Pour contourner ce problème, les physiciens ont verrouillé des cristaux de quartz sur le résonance naturelle des atomes (s’ouvre dans un nouvel onglet). Lorsqu’ils sont exposés à des fréquences précises, les atomes changent leur état énergétique. La détection de ces changements permet de surveiller la vibration des cristaux de quartz. Ainsi, lorsque les horloges à quartz dérivent hors du temps, nous pouvons les corriger instantanément.
Ressources additionnelles
Vous pouvez en savoir plus sur l’histoire de la mesure du temps en regardant ce Conférence TED par Karen Mensing (s’ouvre dans un nouvel onglet). Pour voir l’heure actuelle dans les pays du monde entier, visitez L’horloge pour tous (s’ouvre dans un nouvel onglet)en ligne.
Bibliographie
“Carte des fuseaux horaires (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Heure et date (1995-2022).
“Des horloges optiques atomiques ultraprécises pourraient redéfinir la durée d’une seconde (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Sciences en direct (2022).
“Temps universel coordonné (s’ouvre dans un nouvel onglet)“. Encyclopédie Britannica (2022).
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“La rotation de la Terre a ralenti. Mais nous pouvons toujours avoir besoin d’une seconde intercalaire négative (s’ouvre dans un nouvel onglet).”. Sciences en direct (2021).
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