Le temps atomique international
(TAI)
Le temps atomique
français (TAF)
Autres définitions :
Le temps universel coordonné
(UTC)
Le temps atomique international
Le temps atomique international (TAI) est calculé par le BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), à Sèvres (France), à partir des données de plus de 200 horloges atomiques situées dans des instituts de métrologie ou des observatoires de plus de 30 pays. C’est la moyenne pondérée des données fournies qui constitue le TAI ; chaque laboratoire reçoit alors l’écart mesuré entre le temps indiqué par son horloge et le TAI, ce qui lui permet d’effectuer des corrections.
Le TAI est une échelle uniforme et stable ; il ne suit
donc pas les légères irrégularités du mouvement de rotation
de la Terre. Or pour certains besoins généraux et pratiques, il est
nécessaire d’avoir une échelle qui, au long terme, en tienne compte ;
c’est ce que fait le Temps universel coordonné (UTC). L’unité
d’échelle du TAI est maintenue aussi proche que possible de la seconde
du Système International en se servant des données fournies par les
laboratoires nationaux (français) qui possèdent les meilleurs étalons
primaires à césium.
Le
temps atomique français
A partir d'horloges atomiques réparties sur tout le territoire
français, le laboratoire primaire du temps et des fréquences établit à
l'aide d'un algorithme prenant en compte les capacités de chacune
d'elles le temps atomique français qui sert de base aux expériences
scientifiques.
Il permet aussi de déterminer les faibles variations d'une horloge
par rapport à l'autre. Les comparaisons se font en utilisant le système
GPS ou par signaux TV (satellite EUTELSAT). Les horloges du TA(F)
apportent une contribution au Temps Atomique International (TAI).
Le TA(F) a des qualités de stabilité de fréquence sur des durées de quelques jours à quelques mois, qualités qui résultent des horloges et de l'algorithme de calcul. La stabilité de fréquence est optimale, environ 3*10-15, pour une durée de 20 à 30 jours. On peut aussi noter que pour des durées d'échantillonnage de 80 jours, TA(F) est moins stable que l'horloge UTC.
Plusieurs laboratoires ont coopéré
avec le LPTF (= laboratoire parisien) en 1996 pour le calcul du TA(F) :
-
Centre électronique de l'Armement
(Rennes)
- Centre National d'Etudes Spatiales (Toulouse)
- Centre National d'Etudes des Télécommunications (Bagneux)
- Dassault Electronique (Plaisir)
- Hewlett-Packard (Les Ulis)
- Laboratoire de Chronométrie d'Electronique et de Piézoélectricité (Besançon)
-
Laboratoire de Physique et de Métrologie des Oscillateurs (Besançon)
- Observatoire de la Côte d'Azur (Grasse)
- Observatoire de Paris: Laboratoire Primaire du Temps et des Fréquences (LPTF)
- Observatoire de Besançon
- Sté d'Etudes, Recherches et Constructions Electroniques (Nantes)
En physique et dans beaucoup d'autres domaines, la précision de la durée est primordiale. Par exemple, le mètre étant défini comme la distance parcourue par la lumière en 1/299792458ème de seconde, si on améliore la précision de la mesure du temps, on améliore aussi celle du mètre !
Les meilleures horloges atomiques
atteignent aujourd'hui une précision de l'ordre de 10^(-14) s. Cette précision
permet de déterminer des phénomènes qu'on ne pouvait mesurer avec des
horloges à quartz avec des précisions de l'ordre de 10^( -6).
Le temps universel coordonné (UTC) est la base légale
de l’heure dans le monde. Il est dérivé du TAI dont il diffère
seulement par un nombre entier de secondes, actuellement 32. Pour que UTC
ne diverge pas de + de 0,9 seconde du temps universel [temps civil du
méridien de Greenwich (Angl.) dit "UT1 "], on procède, quand
cela apparaît nécessaire, à l’introduction de secondes intercalaires.
Le choix de dates et l’annonce des secondes intercalaires est sous la
responsabilité du Service International de la Rotation Terrestre (IERS)
pour garantir que, en moyenne au cours des ans, le soleil est au méridien
de Greenwich à 12:00:00 UTC à 0.9 seconde près. UTC est donc le
successeur du temps moyen de Greenwich qui était utilisé quand le jour
solaire moyen fournissait l’unité de temps.
La seconde intercalaire : à quoi sert-elle ?
Comme nous l’avons vu, le temps est déterminé par
des horloges atomiques (UTC), et cela depuis 1967. Celles-ci étant plus
stables que la rotation de la terre (temps astronomique UT1), une
correction d’une seconde entière (seconde intercalaire) est appliquée
à UTC de façon à maintenir l’écart entre UTC et le temps
astronomique (UT1) inférieur à 0.9 seconde. Ces corrections sont
effectuées (si nécessaire) le 30 juin ou le 31 décembre à minuit. La
dernière correction a eu lieu le 31 décembre 1998. Le 31 décembre 1998
a donc duré 86401 secondes au lieu des 86400 habituelles. Le temps
atomique international (TAI) représente le temps des horloges atomiques
sans les corrections intercalaires (non corrigé par rapport à la
rotation terrestre). TAI et UTC avaient la même valeur au 1er
janvier 1959. Au 1er janvier 1999, la différence est passée
de 31 à 32 secondes.
La seconde est l’unité du
Système International (SI). En 1967, la seconde fut basée sur les
oscillations de l’atome de Césium 133. Elle est définie à partir des
caractéristiques d’une raie d’émission de l’atome de césium 133.
La seconde équivaut à la durée de 9 192 931 770 périodes de la
radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins
de l’état fondamental de l’atome de césium 133.