5 Septembre 2011

2010 : premier transfert de temps par lien laser par T2L2

A la fin de l‘été 2010, une première série d’expériences a été réalisée pour transférer le temps entre l’Observatoire de la Côte d’Azur et l’Observatoire de Paris.
Station laser MEO de Calern

50 ans de résultats scientifiques

2010 : premier transfert de temps par lien laser par T2L2.

Pour cela, une station laser transportable a été installée sur le toit de l’Observatoire de Paris, reliée aux meilleures horloges à atomes froids. L'objectif de cette expérience : mesurer le temps de manière encore plus précise.

Aujourd’hui la mesure du temps est omniprésente, les horloges ont envahi le monde et se comparent toutes les unes aux autres. Regardez autour de vous, à votre poignet, au fronton de la gare mais aussi sur votre téléphone, au coin de l’ordinateur. Et si vous n’en voyez pas, levez les yeux au ciel, celles de la constellation GPS et bientôt celles de Galileo tournent autour de la Terre pour vous permettre de vous localiser et de naviguer grâce à une synchronisation très fine de plusieurs horloges « atomiques ». Car aujourd’hui la mesure du temps provient d’un phénomène périodique au niveau atomique. La référence officielle du temps est fondée sur l’atome de césium : la seconde est définie comme la durée de 9192631770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux états hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133.

D’autres atomes sont également utilisés. Les horloges gagnent en précision et en stabilité pour de multiples usages, des plus fondamentaux avec la physique théorique, repensée depuis Albert Einstein et sa théorie de la relativité, jusqu’aux plus quotidiens comme la navigation et les télécommunications.

Et oui, le temps absolu n’existe plus. Il a été remplacé par une multiplicité de temps individuels, discordants entre eux, qu’il faut constamment synchroniser. Le temps et l’espace s’entremêlent dans l’espace-temps à quatre dimensions ; la gravitation est aussi de la partie en déformant l’espace–temps. Tout se complique ! Non seulement il faut de bonnes horloges mais aussi les moyens de les comparer entre elles et de disséminer leurs signaux.

Au début, la synchronisation d’horloges distantes était fondée sur des signaux horaires radioélectriques transférant le temps avec une exactitude de l’ordre de la milliseconde (au 3ème top, il sera…). En 1968, avec le système de navigation Loran-C l'exactitude passait à 2 microsecondes. Il devint alors possible de construire une échelle de temps moyenne basée sur la lecture d’un ensemble d’horloges atomiques.

Aujourd’hui la comparaison d’horloges distantes s’effectue par échange de signaux radiofréquence, à partir de la constellation GPS ou de signaux dédiés échangés par un satellite géostationnaire (Two Way Time Transfer). Grâce au GPS, l’exactitude du transfert de temps est de quelques nanosecondes.

Pour être comparées, les nouvelles horloges ultra-stables développées dans les laboratoires de métrologie du temps, telles que les horloges à atomes refroidis par laser, les oscillateurs cryogéniques ou les horloges à ions piégés, ont besoin de systèmes de transfert de temps ayant des performances améliorées de deux ordres de grandeurs par rapport aux méthodes actuelles.

C’est la tâche que s’est assignée l’expérience T2L2 (Transfert de Temps par Lien Laser) embarquée en passagère sur le satellite d’altimétrie Jason-2 en juin 2008 : réaliser un transfert de temps entre plusieurs horloges en utilisant non plus un signal radiofréquence mais un signal optique codé sur un faisceau lumineux provenant de stations de télémétrie laser équipées d’horloges au sol.

Pour comparer les signaux d'horloges sol distantes, les stations laser sol tirent sur le satellite conjointement (en vue commune).

Plus d’une vingtaine de stations laser du réseau international ILRS (International Laser Ranging Service) réparties tout autour de la planète envoient maintenant leurs données.

L’accumulation des données de datation associée à l’analyse des expériences de calibration du système a permis d’annoncer un bruit résiduel de mesure inférieur à une dizaine de picosecondes ainsi qu’une exactitude inférieure à 100 picosecondes, ce qui définit un nouvel état de l’art en matière de transfert de temps.

Nos ancêtres, traversant les océans, regardaient le ciel pour lire l’heure. Finalement nous aussi nous tournons vers le ciel pour comparer et synchroniser des horloges lointaines. Notre horizon s’étend et ces liens optiques nous relieront un jour à des sondes munies d’horloges en partance pour le système solaire. Mais ceci est une autre aventure…dans 50 ans peut-être.

Contacts

  • Responsable de la thématique physique fondamentale : Sylvie Léon

Les partenaires de l'expérience

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