Seconde (temps) - Définition

Introduction

La seconde est l’unité de mesure de temps du système international, de symbole s. Le terme provient de la francisation écourtée de l’expression latine minutum secunda (latin médiéval), qui signifiait littéralement minute de second rang, c’est-à-dire seconde division de l’heure.

Étalon de mesure du temps

La définition de la seconde, l’unité SI de temps, a été établie selon les connaissances et les possibilités techniques de chaque époque.

• Elle a d’abord été définie comme la fraction ¹⁄₈₆₄₀₀ du jour solaire terrestre moyen. L’échelle de temps associée est le temps universel TU. (Cette durée est proche de la période moyenne du battement du cœur d'un homme adulte au repos.)

• En 1956, pour tenir compte des imperfections de la rotation de la Terre qui ralentit notamment à cause des marées, elle a été basée sur la révolution de la Terre autour du Soleil et définie comme la fraction ¹⁄_{31 556 925,9747} de l’année tropique 1900. C’est la seconde du temps des éphémérides TE.

• Depuis la 13^e Conférence générale des poids et mesures, la seconde n’est plus définie par rapport à l’année, mais par rapport à une propriété de la matière ; cette unité de base du système international a été définie en 1967 dans les termes suivants :

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental ⁶S_½ de l’atome de césium 133.

La seconde, étalon de mesure du temps, est ainsi un multiple de la période de l’onde émise par un atome de césium 133 lorsqu’un de ses électrons change de niveau d’énergie. On est ainsi passé de définitions, en quelque sorte descendantes, dans lesquelles la seconde résultait de la division d’un intervalle de durée connue en plus petits intervalles, à une définition ascendante où la seconde est multiple d'un intervalle plus petit.

Lors de sa session de 1997, le Comité international a confirmé que Cette définition se réfère à un atome de césium au repos, à une température de 0 K. Cette dernière précision souligne le fait qu’à 300 K, la transition en question subit, par rapport à sa valeur théorique, un déplacement en fréquence dû aux effets de rayonnement du corps noir. Cette correction a été apportée aux étalons primaires de fréquence et donc au TAI à partir de 1997, quand elle a cessé d’être négligeable par rapport aux autres sources d’incertitude.

On dispose aujourd’hui d’une exactitude allant jusqu’à la 14^e décimale (10^-14). L’exactitude et la stabilité de l’échelle dite du Temps atomique international (TAI) obtenue principalement à partir d’horloges atomiques à jet de césium sont environ 100 000 fois supérieures à celles du temps des éphémérides. C’est d’ailleurs l’unité du SI la plus précisément connue.

De nombreuses expériences en cours sur des transitions atomiques à des fréquences optiques, beaucoup plus élevées que les 9 GHz de la définition actuelle de la seconde, indiquent clairement que les performances obtenues avec l’atome de césium sont ou seront dépassées de plusieurs ordres de grandeur dans un avenir proche. Il faut s’attendre à ce qu’une nouvelle définition de la seconde voie le jour dans la décennie 2010-2020, dès que le meilleur des différents atomes candidats (calcium, ytterbium, strontium, mercure…) aura été désigné par l’expérience. Elle sera toujours liée à une transition atomique. Cette nouvelle définition coïncidera peut-être avec l’abandon des secondes intercalaires et donc avec une définition de l’échelle de temps internationale de référence purement atomique indépendante de la rotation terrestre, donc de l'astronomie.