Pourquoi cette horloge atomique conçue en France est envoyée en orbite ce 21 avril ?

L'Agence spatiale européenne prévoit d'envoyer une horloge atomique vers la Station spatiale internationale ce lundi 21 avril. En partie conçue en France, celle-ci pourra, entre autres, permettre de vérifier une partie de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Une horloge atomique : c'est quoi ?

Les horloges atomiques ont été inventées en 1955. Celles-ci, comme leur nom l'indique, permettent de mesurer le temps, mais de façon bien plus précise que nos montres ou horloges classiques, qui ont tendance à rapidement se dérégler dans certaines conditions. Par exemple, votre montre peut se dérégler simplement lorsque le temps se montre humide.

Celles-ci ont de ce fait supplanté l'astronomie pour mesurer le temps et sont même devenues un standard international dès 1967, soit un peu plus d'une dizaine d'années après leur création. En effet, on estime qu'il faudrait entre 150 et 300 millions d'années pour qu'une de ces horloges dérive d'une seconde complète, ce qui est un atout majeur pour la science comparé aux horloges traditionnelles.

L'horloge atomique envoyée vers la Station spatiale internationale ce lundi 21 avril à bord d'une fusée Falcon 9 de Space X s'apelle Pharao et fait partie du projet ACES pour Atomic Clock Ensemble in Space. En partie créée en France, celle-ci contient seulement 2g de césium mais fait la taille d'un frigo et devra se fixer à l'intérieur de l'ISS sur le module Columbus. Celle-ci n'est pas la première horloge atomique a être envoyée dans l'espace, mais c'est toutefois la plus précise.

Pourquoi envoyer une horloge atomique sur l'ISS ?

La première mission de Pharao sera de préciser une partie de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein qui indique que le temps est lié à la gravité. Autrement dit, cette partie de la théorie avance le fait que le temps passe plus vite en haut de l'Everest qu'au niveau de la mer.

Même si cette théorie a déjà été vérifiée dans les années 1960, puis avec une précision d'un peu plus d'un dix-millime dans les années 1980, les chercheurs voudraient améliorer cette précision jusqu'au millionième et ainsi savoir à quelle niveau de précision la théorie d'Einstein se vérifie.

Ceux-ci espèrent également trouver une légère déviation dans les résultats par rapport à la théorie d'Einstein, ce qui pourrait permettre d'unifier les deux théories majeures du monde de la physique, à savoir la relativité générale et la mécanique quantique. En effet, celles-ci se vérifient chacune de leur côté mais son, paradoxalement, incompatibles pour le moment, ce qui pourrait changer en fonction des résultats du projet Pharao.

À l'avenir, la précision de l'horloge atomique lancée par l'Esa pourrait également jouer un rôle de référence du temps dans l'espace pour l'arrivée des horloges optiques, 100 fois plus précises encore que les horloges atomiques.

Selon les chercheurs en charge du projet, Pharao préfigure ainsi le moment où les horloges mesureront autre chose que le temps comme la géodésie chronométrique, fondée sur la mesure des petites différences de rythme, prévues par la relativité générale, entre deux horloges atomiques situées à des altitudes différentes.

En attendant, Pharao restera à bord de la Station spatiale internationale pour une durée minimale de 30 mois, soit la durée officielle de la mission en question. Néanmoins, cette durée pourrait être largement prolongée car aucun vol retour n'est prévu, cette horloge atomique devrait en effet finir par mourir avec l'ISS.

Référence de l'article :

À quoi sert l'horloge atomique lancée vers l'ISS, la plus précise jamais envoyée dans l'espace ?, Ouest-France (16 avril 2025), Lucie Bras