L'homme et le temps – une vieille liaison. Il le mesure et se dirige d’après lui. Environ 3000 ans avant notre ère, on développait des cadrans solaires à l’aide de simples tiges d’ombre. Rapidement, l’horloge joua un rôle dans la vie publique – jusqu’à aujourd’hui. Bien plus encore : entretemps, nous en sommes devenus dépendants. Les cadrans solaires, maintenant de simples décorations, ont fait place à des garde-temps plus précis. Depuis environ cinquante ans, ce sont les horloges atomiques qui définissent notre temps. Elles ne varient que d’une seconde en dix milliards d’années – seulement un battement de coeur. Mais pourquoi au fond a-t-on besoin de cette précision absolue ? Ces discrètes boîtes de métal appelées horloges atomiques ? « Elles font partie des instruments les plus importants pour le fonctionnement de notre société et elles influencent pour ainsi dire tous les domaines de notre vie », dit Pascal Rochat, Founder & Advisor d’Orolia Switzerland (aujourd’hui Spectratime) avec siège à Neuchâtel.
Cette entreprise est un fournisseur leader dans le monde entier des montres haut de gamme à cristal, rubidium, maser et GPS/GNSS intégré ainsi que de technologies apparentées d’instruments de test pour des missions spatiales qui reposent sur une technologie d’horloges atomiques d’une extrême précision. Il précise : « Les horloges atomiques fonctionnent en permanence et servent de signal de base stable pour tous les autres services du temps. » Les horloges atomiques sont la base du GPS. Dans les satellites, elles fournissent des signaux chronométriques ultraprécis qui sont transmis par radio à la terre et y sont utilisés pour la navigation. La fourniture d’énergie aussi serait moins stable sans les horloges atomiques. Car elles synchronisent les flux d’énergie dans les réseaux électriques. Leur fréquence maintient le réseau stable même quand toujours plus d’éoliennes ou de cellules solaires injectent de l’énergie.
Des modèles compacts, relativement bon marché, se trouvent avant tout dans les lignes à fibres optiques et dans les réseaux de téléphonie mobile. L’Internet d’aujourd’hui et le réseau de téléphonie mobile leur en sont redevables. « Quoique cette technologie ait fait ses preuves et soit déjà bien âgée, elle est améliorée en permanence », nous dit Rochat en donnant un aperçu du développement. « Nous travaillons actuellement à rendre les horloges atomiques toujours plus petites, meilleur marché, plus économes en courant et plus robustes. » Il serait ainsi par exemple possible de les installer dans chaque mât de téléphonie mobile pour atteindre un taux de transmission des données plus élevé. » Les nouvelles micro-horloges de Spectratime, grandes comme deux dés à coudre, sont déjà en activité. Par exemple dans les fonds marins. Elles fournissent ici des données chronométriques fiables, synchronisées avec un capteur GPS à la surface. À la place d’une batterie de 100 kg pour une semaine dans un enregistreur – comme en aurait besoin une horloge atomique classique –, elle n’a besoin que d’une batterie de 1 kg pour la même prestation.
Les plus petits oscilliateurs
Comme nous le savons pour les montres mécaniques et à quartz, elles ont besoin d’un oscillateur. Pour les horloges atomiques, il s’agit de l’oscillation d’un électron dans un atome. L’électron d’un atome de césium oscille incroyablement vite, plus de 9 milliards de fois par seconde. La plupart des horloges atomiques fonctionnent avec des atomes de césium, de rubidium ou d’hydrogène. D’une extrême précision est aussi l’horloge à strontium. Si une telle horloge fonctionnait depuis le big bang, elle varierait aujourd’hui de moins d’une seconde.