L'horloge atomique au césium fête ses 50 ans

Etalon de temps et de fréquence atomique au césium type 5071A* d'Agilent Technologies. *Activité reprise par Symmetricom

L'année 2005 comptera une seconde de plus : afin de « mettre la terre à l'heure », une seconde intercalaire sera ajoutée à la dernière seconde du 31 décembre 2005, les horloges au césium étant bien plus précises que la rotation terrestre.

C’est au cours de l'été 1955 que Louis Essen, chercheur au National Physical Laboratory en Grande Bretagne, a développé la première horloge au césium, en s’inspirant d’une idée proposée par Lord Kelvin en 1879.

Le principe est basé sur la fréquence naturelle de radiation de l’atome de césium, qui est de 9 192 631 770 hertz (oscillations par seconde).

La seconde - unité de temps définie à l'origine comme la fraction 1/86 400 du jour solaire moyen - est depuis 1967 basée sur « la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 » .

Le temps est ainsi devenu la première grandeur de base du Système International d'unités (SI) qui utilise un effet quantique et qui est aussi la plus stable, avec des incertitudes < 10^-12.

En théorie, une horloge atomique n'accuse un décalage que d'une seconde tous les 100 000 ans.

La connaissance précise de la seconde a également détrôné le « Mètre étalon », longueur de la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre correspondant aujourd'hui à la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde.

Les horloges au césium sont notamment utilisées dans des instituts de métrologie ou des observatoires "gardiens" du temps et de la fréquence (cf. Temps Atomique Français et le Temps Universel Coordonné - UTC) . La synchronisation des systèmes de communication et la navigation de précision font également partie des applications. Le système GPS utilise notamment des horloges au césium pour sa synchronisation temporelle et fréquentielle.

Un récepteur GPS reçoit en permanence l’heure et la position exactes de plusieurs satellites. En mesurant la durée des trajets des signaux - voyageant à 300 000 km/h - entre les émetteurs (satellites) et la position du récepteur, celui-ci peut déterminer ses coordonnés géographiques en 3 D avec une précision de quelques mètres.