Pharao l'horloge atomique d'une précision jamais atteinte

Le CNES a livré l'horloge atomique ultra-précise Pharao à l'Agence spatiale européenne.


Pharao a été livrée cette semaine à l'Agence spatiale européenne (ESA) pour être intégrée à l'ensemble ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) et envoyée vers la Station spatiale internationale (ISS) en 2016. Cette horloge atomique ultra-précise, conçue pour ne pas varier de plus d'une seconde en 300 millions d'années, permettra de tester à des précisions jamais atteintes les fondements de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

La livraison à l'ESA du modèle de vol de Pharao et du logiciel associé marque une étape importante pour le projet ACES (Atomic Clock Ensemble in Space). A la livraison, l'horloge Pharao repose déjà intégrée à la structure de l'ensemble ACES. Les autres éléments de l'expérience y seront ajoutés au fur et à mesure de leur disponibilité, dès cet été pour certains d'entre eux. ACES doit être lancé en mai 2016 puis placé à l'extérieur du module européen Columbus de la Station spatiale internationale, en orbite autour de la Terre à environ 400 kilomètres d'altitude.

Au début du 20e siècle, Albert Einstein a révolutionné notre vision de l'espace et du temps, qui se couplent. Et l'espace-temps ainsi formé se courbe sous l'effet de la gravitation. L'écoulement du temps devient dépendant de la gravitation et donc de l'altitude. Le temps s'écoule plus vite au sommet de la Tour Eiffel qu'à sa base ! Les horloges actuelles ont détecté cet "effet Einstein" qui se traduit par une variation de la fréquence de l'horloge. Cet effet est notamment pris en compte et corrigé dans les systèmes de positionnement GPS ou Galileo qui embarquent des horloges spatiales.


L'horloge atomique spatiale Pharao mesurera le temps avec une exactitude et une stabilité bien meilleures, en utilisant les techniques de manipulation et de refroidissement par laser d'atomes de césium: elle ne perdra que l'équivalent d'une seconde tous les 300 millions d'années. Dans l'expérience ACES, elle sera comparée, grâce à des liens micro-onde ou optique, à d'autres horloges atomiques réparties au sol en différents points du globe, fonctionnant avec d'autres types d'atomes. ACES effectuera différents tests pour pousser la théorie de la relativité générale dans ses retranchements: la mesure de l'effet Einstein avec une précision de 10^-6 soit une amélioration de presque 100 fois, la recherche de possibles anisotropies de la vitesse de la lumière au niveau relatif de 2 10^-10 et de possibles variations de la constante de structure fine, qui est l'une des constantes fondamentales de la physique, mesurant la force de l'interaction électromagnétique. La découverte d'un de ces effets serait un événement considérable pour accéder à la nouvelle physique au-delà du "modèle standard" et réconcilier les deux grandes théories du 20e siècle, la relativité générale et la théorie quantique.

"Cette livraison du modèle de vol est le couronnement d'années d'efforts de la part de nos partenaires industriels, qui ont construit les sous-systèmes de cette horloge, et notamment le Tube Césium et la Source Laser (SODERN), la Source Hyperfréquence (TAS), le calculateur (EREMS) associés à un logiciel de vol particulièrement complexe et flexible (CS)", souligne Didier Massonnet, chef de projet Pharao au CNES. "Pendant ces années les équipes du CNES ont suivi ces constructions tout en testant le modèle provisoire de Pharao, dit "modèle d'ingénierie". Au cours de la dernière année, elles ont assemblé et testé le modèle de vol de l'horloge. La mesure de ses performances ultimes a fait l'objet de soins considérables. Nous sommes tous fiers du résultat."

L'équipe du projet Pharao apportera désormais un support à l'intégration et aux tests d'ACES, qui seront principalement effectués dans les locaux d'Airbus Defence & Space (ADS) à Friedrichshafen en Allemagne.


Le CNES est également impliqué dans l'expérience ACES à travers son Centre d'Aide au Développement des Activités en Micropesanteur et des Opérations Spatiales, le CADMOS. Une fois l'ensemble arrimé à la Station spatiale internationale, ce sont en effet les ingénieurs du CADMOS qui opéreront, depuis Toulouse, cette expérience dédiée aux tests de la Relativité Générale. Le projet d'horloge Pharao a été proposé par le laboratoire Kastler-Brossel (Ecole Normale Supérieure/CNRS/Collège de France/UPMC) et le laboratoire Syrte (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC), et développé par le CNES.

Pour plus d'information voir:
- http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/8214-gp-aces-super-machine-a-mesurer-le-temps.php