La mesure du Temps au XXI e si`ecle

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La mesure du Temps au XXI e si`ecle

Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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S´eminairePoincare´XVLe Temps(2010) 103 – 113
e La mesure du Temps auXXIe`lcise
ChristopheSalomon Laboratoire Kastler Brossel EcoleNormaleSup´erieure CNRS et UPMC 24, rue Lhomond 75231 Paris, France
Unpeudhistoire:laquˆetedelapre´cision
S´eminairePoincar´e
Depuislantiquit´e,leshommesonttoujourscherche´`amesurerletempsou,plus pre´cis´ement,lesintervallesdetemps.Ilssesontdabordtourn´esverslesphe´nome`nes naturelsquipre´sententunegrandere´gularite´commelarotationdelaterreautour du soleil, la rotation de la lune autour de la terre ou encore la rotation de la Terre sur elle-meˆmepourd´enirdescalendriersetdese´chellesdetemps.Ilsontensuitecherche´ a`re´alisereux-mˆemesdesinstrumentstoujourspluspr´ecisetlundesplusanciens instrumentsconnusestlesablier´egyptien.Cependant,ilfaudraattendrelede´but desanne´es1600etlad´ecouvertedupenduleparGalile´eetsamiseenpratiquepar Huygens,pourquecesinstrumentscommencenta`atteindreunepr´ecisiondelordre de quelques dizaines de secondes par jour (Figure 1).
Figureondeluti´evo1Ls.ssi`ecledereinreelqsaurtmpteursssumedurenoisaledrpalice´ Avant1950leshorlogesutilisaientdessyst`emesm´ecaniquescommelependuleoulesmontres e`me `a´echappement.Depuislemilieudu20sie`cle,leshorlogeslespluspr´ecisessontdeshorloges atomiques.Leshorlogeslesplusr´ecentespre´sententuneerreurquinexce`depasunesecondetous les3milliardsdanne´es,ou5secondessurlaˆgedelunivers.
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Ch. Salomon
Se´minairePoincar´e
Lespetitesoscillationsdupendulesontinde´pendantesdelamplitudedumou-vementetsontremarquablementre´gulie`res,cest-`a-direp´eriodiques(Figure2).La pe´riodedupendulenede´pendquedunpetitnombredeparam`etres,lalongueur 1/2 du fille´ccre´loitalednesapteanuretlag:T= 2π(l/g) . Cette formule simple montre´egalementleslimitesdudispositif:silalongueurdulchange,a`causedela temp´eratureparexemple,lhorlogeperdrasapre´cision;demˆemesilacc´ele´rationde lapesanteurchange(parexempleenprenantdelaltitude).Pousse´sparlesenjeuxde lanavigationmarinetransoce´aniqueetlade´terminationdelalongitude,maisaussi parlesprixenespe`cessonnantesettr´ebuchantespromisparlessouverainsdesdeux si`eclessuivants,lespendules,montresm´ecaniquesetchronome`tresontsubidesra-nementsdeplusenplusavanc´es.Combattantlinuencen´efastedeschangementsde temp´eratureetdhumidit´esurlefonctionnementdeseschronome`tres,Harrisonnit parproduireen1759,apre`squaranteann´eesdeorts,uninstrumentquipre´sentait uneerreurinfe´rieurea`undixie`medesecondeparjour.Sonchronom`etrefuttest´e en mer par un navire britannique qui fit l’aller et retour Portsmouth - les Antilles enunpeumoinsde3mois.Auretour,lechronom`etreembarqu´eavaitmoinsde5 secondesd´ecartavecceuxreste´sausol.Ilrec¸utpourcetexploitunprixde40000 livres,unesommeconsid´erablepourl´epoque!
FigureesosetitatiocillepdnsnudnoitluseulndpeLeilaleGedgyuH/ee´pseL.sne2´endndpeteans delamplitudedumouvementetsontremarquablementp´eriodiques.Encomptantlenombredos-cillationsdupendule,onmesureunintervalledetemps,r´ealisantainsiunehorloge.Pluslap´eriode dupenduleestcourte,plus´eleve´seralenombredoscillationsdansunintervalledetempsdonn´e etpluspre´ciseseralamesuredecetintervalle.Enn,uneformulesimplerelielap´eriodedesos-cillationsa`lalongueurdulet`alacce´l´erationdelagravit´eindiquantaussileslimitesduntel dispositif,lesvariationsdetempe´ratureetlesvariationsdelacce´le´rationdelapesanteur.
Laperce´escientiquesuivantefutlinventiondeloscillateura`quartzen1918. Lesyst`emepe´riodiquenestplusunsyst`emem´ecaniquemaisunchamp ´electromagn´etiqueoscillantreposantsurlespropri´et´espiezo´electriquesduquartz.
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