28e Conférence Générale des Poids et Mesures, la redéfinition du temps en ligne de mire

Le contenu de ces résolutions doit une part importante au travail de la communauté française du temps-fréquence, située aux avant-postes mondiaux du domaine. Les métrologues du LNE-OP contribuent en effet à ce jour à eux seuls pour 40 % de l’étalonnage primaire du Temps Atomique International au niveau mondial.

Tous les quatre ans, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) réunit les États parties à la Convention du Mètre, ainsi que les États associés à la Conférence. Depuis la signature de la Convention du Mètre, en 1875, ce traité international qui constitue le fondement du Système international d’unités (SI), la CGPM définit les grandes orientations de la métrologie mondiale. Bien que ses décisions soient peu connues du grand public, elles revêtent une importance fondamentale et ont des répercussions sur l’ensemble de la société. Cette année, trois résolutions portant sur la métrologie du temps et des fréquences ont été adoptées.

Avec sa résolution 2, la CGPM réaffirme par ailleurs l’ambition d’un système de mesure à vocation universelle. Elle crée ainsi un statut d’observateur destiné aux États qui, sans participer aux activités du BIPM, pourront assister aux réunions de la CPGM en qualité d’observateurs. Ce statut sera également ouvert sous certaines conditions aux organisations intergouvernementales.

Redéfinition de la seconde

Depuis 1967, la seconde est définie à partir de la fréquence d’une transition micro-onde de l’atome de césium. Précisément « la seconde est 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 non perturbé ». De la sorte, l’unité de temps est connue avec une précision de 16 chiffres après la virgule, soit mieux que le millionième de milliardième de seconde.

En 2030, afin de gagner en précision, il est prévu que cette définition soit remplacée par une autre, fondée sur une ou plusieurs transitions atomiques dans le domaine des radiations optiques, de fréquences beaucoup plus élevées. Il sera alors possible de réaliser l’unité de temps avec une exactitude 100 fois meilleure qu’aujourd’hui.

Dans sa résolution 4, la CGPM encourage le Comité international des poids et mesures (CIPM) à poursuivre le travail nécessaire afin que soit adoptée une nouvelle définition de la seconde lors de la 29e CGPM en 2030.

Pour l’heure, deux options ont été retenues. La première consisterait à fonder la nouvelle définition sur une transition unique. Cependant, dans un contexte où plusieurs choix sont possibles, une autre possibilité serait de définir la nouvelle seconde à partir d’un ensemble de transitions assorties d’une pondération à définir. Des chercheurs du LNE-OP ont en effet montré qu’une telle définition, qui tirerait parti des avantages de chaque possibilité, présenterait toutes les propriétés requises.

De son côté, le LNE-OP a mis au point depuis plusieurs années deux horloges optiques fondées sur une transition du strontium, et une autre utilisant le mercure. Le laboratoire français développe également une horloge à l’ytterbium, conçue tel un étalon transportable permettant de comparer des horloges optiques éloignées.

Suppression de la seconde intercalaire

Dans sa résolution 5, la CGPM acte la suppression de la seconde dite intercalaire, adoptant du même coup le Temps universel coordonné (UTC) « continu » comme référence de temps international.

L’UTC, qui a la même marche que le Temps Atomique International (TAI), voit son tempo fondé sur la seconde élaborée à partir d’horloges atomiques. Or, du fait de variations imprédictibles de l’orbite terrestre, l’UTC s’écarte du temps calculé à partir de la rotation de la Terre (UT1). Ainsi, depuis 1972, on ajoute périodiquement une seconde intercalaire à l’UTC afin que l’écart entre cette référence et l’UT1 ne dépasse jamais une seconde. Précisément, en 54 ans, 37 secondes ont été ajoutées à l’UTC.

Cependant, il est admis que ces ajouts font courir le risque de dysfonctionnements d’infrastructures numériques. D’où l’idée, émise dès l’an 2000, largement soutenue par le LNE-OP et officiellement portée par plusieurs pays, dont la France, d’en finir avec les secondes intercalaires et de laisser UTC et UT1 s’éloigner l’un de l’autre.

En 2022, la CGPM avait déjà acté la suppression de la seconde intercalaire avec une mise en œuvre au plus tard en 2035. La résolution adoptée cette année acte la possibilité d’un écart jusqu’à une heure entre le temps atomique et le temps sidéral, ce qui permettra d’avoir une réalisation continue de l’UTC pendant plusieurs siècles, avec entrée en vigueur le 20 mai 2027.

C’est d’autant plus important que selon les estimations de l’International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS), la prochaine seconde intercalaire menaçait d’être pour la première fois négative. Or les experts s’accordent à dire qu’on ne saurait alors pas la prendre en compte sans de possibles dysfonctionnements graves.

Définition d’une échelle de temps lunaire

Ces dernières années, plusieurs agences spatiales ont envisagé la construction d’infrastructures sur la Lune. Or, entre la Terre et son satellite naturel, le temps s’écoule différemment sous l’effet d’influences gravitationnelles différentes. Si cette dérive de 56 ms par jour est sans effet dans la vie quotidienne, elle est critique pour des applications telles que le positionnement par satellites ou les télécommunications.

Ainsi, la résolution 6 de la CGPM concerne la définition d’une échelle de temps de référence lunaire internationale et sa traçabilité à l’UTC.

Précisément, elle constate que le Temps Coordonné Lunaire (TCL) défini par l’Union Astronomique Internationale (UAI) satisfait aux exigences requises. Et elle recommande au BIPM de collaborer avec les agences spatiales et les laboratoires nationaux de métrologie, dont le LNE-OP, afin de coordonner la mise en place de cette échelle.

Contact presse

Valérie Mulot - valerie.mulot@lne.fr