Connaître l'heure au mille-milliardième de seconde près

Depuis le 7 juin 2010, les Observatoires de la Côte d'Azur et de Paris réalisent des tirs laser vers l'espace. Et plus précisément vers l'instrument T2L2 du satellite Jason 2. L'objectif de cette expérience coordonnée par le CNES ? Synchroniser des horloges à distance avec une précision inégalée.

Deux horloges à atomes froids

"L'Observatoire de Paris possède des horloges atomiques extrêmement précises, parmi les meilleures d'Europe et peut-être même du monde. Par contre, elle n'a pas de station laser," raconte Philippe Guillemot, chef de projet T2L2 au CNES. "De son côté, l'Observatoire de Côte d'Azur dispose d'une station laser transportable mais pas de très bonnes horloges. On a donc fait un échange !"


Ce chassé croisé d'instruments a permis aux scientifiques d'avoir deux stations laser associées à deux horloges à atomes froids – "ce qui se fait de mieux en matière d'horloge" – et de tenter de synchroniser ces horloges à distance. L'idée est alors de s'appuyer sur l'instrument T2L2 (Transfert de temps par Lien Laser) développé par l'Observatoire de la Côte d'Azur et le CNES, actuellement dans l'espace à bord du satellite Jason 2.

"Chaque station émet une brève impulsion laser vers le satellite Jason 2. A bord, l'instrument T2L2 la détecte et la date. Ensuite, un rétroréflecteur renvoie cette impulsion lumineuse vers les stations émettrices" explique Philippe Guillemot. Avec les 3 dates enregistrées – de départ, d'arrivée à bord du satellite et de retour – il est possible de connaître l'heure des deux horloges distantes de 800 km, et donc de les synchroniser. Et ce, avec une précision attendue d'une picoseconde, c'est-à-dire de 0,000 000 000 001 seconde.

Une précision utile à la physique fondamentale

"Les horloges sont de plus en plus performantes mais les systèmes de mesure n'ont pas évolué autant. C'est comme si nous avions des montres capables de donner les secondes mais qui n'affichaient que l'heure", illustre Philippe Guillemot.

Actuellement, la synchronisation des horloges se fait grâce à des systèmes micro-ondes tel que le GPS et non via des signaux optiques. Avec T2L2 les chercheurs espèrent ainsi gagner une à deux ordres de grandeur au niveau de la précision des mesures. Pourquoi une telle précision ? Non pas pour nos horloges de quartier mais pour les horloges des laboratoires qui réalisent des expériences de physique fondamentale, pour tester certains principes de la théorie de la relativité d'Einstein par exemple.

Si lors de ces expériences de tirs croisés, qui dureront tout l'été, l'équipe obtenait des mesures de temps à la picoseconde près, les performances de T2L2 seraient démontrées. "J'attends impatiemment les 1ers résultats !", avoue Philippe Guillemot.