L'Horloge Atomique

Définition de wikipédia : Une horloge atomique est une horloge qui utilise la pérennité et l'immuabilité de la fréquence du rayonnement électromagnétique émis par un électron lors du passage d'un niveau d'énergie à un autre pour assurer l'exactitude et la stabilité du signal oscillant qu'elle produit.

Larousse : Une horloge atomique est une horloge à quartz dans laquelle le quartz est lui-même piloté par un autre régulateur. La fréquence de celui-ci est extrêmement précise et parfaitement définie. Le « pendule » de ce régulateur est, par exemple, l'isotope 133 du césium.

1949 : Les premières horloges atomiques utilisaient l'ammoniac (NH3) et son effet parapluie d'une fréquence de 24 GHz. Le premier prototype est développé par le National Institute of Standards and Technology aux États-Unis. Malheureusement l'effet Doppler limitait sa précision. Cette précision est toutefois meilleure que celle des montres à quartz.

1955 : Utilisation des atomes de Césium 133 qui permet de réduire l'erreur de l’ordre de 1s sur 30 ans.

En 1958, des horloges atomiques au césium commerciales sont disponibles coûtant 20 000 dollars.

Rappel : 1967 la seconde est définie par rapport au césium (voir conférence précédente).

Cependant l'effet Doppler est sensible aussi.

1997 : on essaie de ralentir les mouvements soit par refroidissement soit par bombardement de photons.

Les horloges atomiques les plus précises actuellement disponibles utilisent l'atome de césium avec des champs magnétiques et des détecteurs standards. Par ailleurs, l'utilisation de faisceaux laser permet de limiter les variations de fréquence dues à l'effet Doppler, en empêchant les atomes de césium de se déplacer dans tous les sens.

Pour permettre la miniaturisation, on utilise d'autres atomes... moins précis comme le rubidium.

Les applications les plus usuelles sont :

• GPS

• Cartographie 3D

• Gravimétrie (exploration pour la présence d'eau, de minéraux) :

La précision des horloges atomiques au rubidium ou au mercure devient telle que les effets sur le temps de la gravitation terrestre devient mesurable avec ces horloges, même pour de petites variations. Il devient ainsi possible de mesurer la gravitation à l'aide d'horloges.

Notamment, la forme du géoïde terrestre, qui est la surface équipotentielle de référence du champ de pesanteur terrestre, peut être précisée. Ce géoïde est d'une importance cruciale pour nombre d'applications, et notamment la prévision et le contrôle de la trajectoire des fusées ou celles des satellites.

Elles peuvent aussi devenir un instrument scientifique pour mesurer le champ gravitationnel des autres planètes, et donc leur composition interne.

Penser à visiter le musée du Temps à Besançon