Insolite : la façon dont nous mesurons le temps va bientôt être redéfinie grâce à la lumière !

Grâce à l'arrivée des horloges optiques et leur exactitude inégalée, nous pourrions bientôt utiliser la lumière pour redéfinir la seconde et donc la façon dont nous mesurons le temps, mais pas que.

Une horloge optique c'est quoi ?

La grande majorité des pays du monde se basent sur le Temps Universel Coordonné (UTC) pour définir leur heure locale, en ajoutant ou en enlevant des heures en fonction de leur position géographique. La seconde est l'unité de base de ce Temps Universel Coordonné, celle-ci doit donc être définie avec une extrême précision.

Cette fameuse seconde a été définie en 1967 durant de la 13ème Conférence générale des poids et mesures comme étant 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. En d'autres termes, nous utilisons les vibrations de cet atome car celles-ci sont extrêmement régulières et stables afin d'obtenir une définition particulièrement précise de la seconde.

Néanmoins, malgré l'incroyable précision des horloges atomiques au césium, un nouveau type d'horloge révolutionnaire pourrait bientôt prendre le relais pour la mesure du temps : les horloges optiques. Celles-ci utilisent la lumière pour mesurer le temps avec une exactitude inégalée jusqu'ici.

Une bien meilleure précision !

Si les horloges au césium établissent la mesure de la seconde à partir de la fréquence d'une radiation située dans la partie micro-onde du spectre électromagnétique, les horloges optiques consistent quant à elles à confiner des atomes dans un piège de lumière appelé « réseau optique » et à étudier leur transition à des fréquences beaucoup plus élevées.

En d'autres termes, il faut simplement comprendre que les horloges optiques ont une précision et une stabilité bien supérieures aux horloges atomiques. Or, la précision avec laquelle l'unité fondamentale de temps est définie a des répercussions directes au quotidien. Le système de positionnement GPS repose par exemple sur des différences de durée. Ainsi, plus la mesure du temps sera précise, plus la précision du positionnement le sera aussi.

Une expérience inédite

Afin de tester la stabilité et la précision de ces horloges atomiques, qui n'ont été mises au point qu'au début des années 2000, des dizaines de scientifiques ont entrepris une expérience durant 45 jours entre six pays : la France, la Finlande, l'Allemagne, l'Italie, le Royaume-Uni et la Japon. Ceux-ci ont relié 10 horloges optiques à l'aide de signaux GPS, offrant une couverture mondiale mais une précision limitée et des connexions par fibres optiques ultra-stables, capables de mesures jusqu'à 100 fois plus précises.

Les chercheurs ont pu réaliser 38 mesures de rapports de fréquence, dont certaines pour la première fois, avec une cohérence inédite, un véritable succès qui a permis de démontrer que les horloges optiques en Europe pouvaient être reliées pour mesurer des rapports de fréquences à la pointe de la technologie.

Cette expérience a ainsi permis une avancée majeure dans le domaine des horloges optiques, ce qui les rapproche d'ailleurs un peu plus de leur adoption officielle pour redéfinir la seconde et donc la façon dont nous mesurons le temps.

Ces horloges optiques pourraient ainsi devenir le nouveau pilier du temps universel d'ici 2030 et le réseau créé entre l'Europe et le Japon pourrait quant à lui être utilisé pour tester les lois fondamentales de la physiques et de la relativité ou encore traquer la matière noire, ce qui devrait améliorer notre compréhension de l'univers et de ses lois.

Références de l'article :

Vers une redéfinition de la seconde? La révolution des horloges optique est en marche, Geo (14/07/2025), Adélie Clouet d'Orval

Vers une redéfinition de la seconde grâce aux horloges optiques, Techniques de l'Ingénieur (27/02/2025), Nicolas Louis