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Pharao remet les pendules à l'heure
A l'horizon 2013, un nouveau modèle d’horloge atomique sera embarqué à bord de l'ISS. Il permettra, notamment, de tester la théorie de la relativité d'Einstein.
Testée depuis 1997, l'horloge atomique Pharao sera envoyée vers l'ISS en 2013 © Jean Vuillon/CNES
Une précision diabolique
Une précision accrue est souvent synonyme de découvertes en physique.
D’où l’intérêt du projet Pharao, une horloge atomique ultraprécise qui sera mise en orbite en 2013, à bord de la station spatiale internationale (ISS).
Elle pourra mesurer des décalages de 0,00000000001 seconde par jour.
Si l’on s’était servi de cette horloge pour mesurer le temps écoulé depuis le Big Bang, elle indiquerait l’âge correct de l’Univers à quelques dizaines de secondes près !
Pharao ne sera pas la première horloge atomique dans l’espace (de nombreux satellites ayant besoin de connaître le temps avec précision en sont équipés), mais elle sera indubitablement la plus exacte. En effet, elle ne perdra qu’une seconde toutes les 300 millions d’années.
Une belle performance si on la compare aux horloges terrestres qui elles, perdent une seconde toutes les 50 millions d’années !
Horloge atomique Pharao : après avoir été refroidis par les faisceaux laser, les atomes de césium continuent leur chemin et entrent dans la boîte des ondes radio (partie rouge à l'extrême droite) © Jean Vuillon/CNES
Le secret ? Une horloge surgelée
Pharao signifie : projet d'horloge atomique par refroidissement d'atomes en orbite. En effet son nuage d’atomes sera refroidi à une température proche du zéro absolu (-273°C).
Qu’apporte le refroidissement ? En physique, la chaleur est synonyme d’agitation thermique. Donc, en refroidissant à l’extrême le nuage, on ralentit considérablement ses atomes. Ce qui facilite ensuite le décompte des vibrations de l’onde qu’ils émettent (leur "tic-tac").
L’horloge bénéficiera aussi de l’impesanteur qui siège dans l’ISS : délivré de la pesanteur terrestre, le nuage d’atomes sera en quelque sorte en lévitation dans sa boîte emplie d’ondes.
Les atomes restant donc plus longtemps dans la boîte, le capteur électronique chargé d’enregistrer le tic-tac aura d’autant plus de temps pour analyser l’onde électromagnétique.
Ces deux éléments (le refroidissement et l’impesanteur) expliquent l’incroyable précision de l’horloge.
Image d'attente de la vidéo :
Explications en images de cette nouvelle génération d'horloges à atomes froids dont fait partie Pharao © CNES
Le concept de PHARAO a été testé lors de vols paraboliques qui permettent de reconstituer l'environnement de micropesanteur qui règne sur l'ISS © CNES/M. Pedoussaut
Sport interdit ?
À sensibilité accrue, protection renforcée. L’ennemi numéro Un de l’horloge : le champ magnétique terrestre présent jusque dans l’espace.
Il parasite la réponse des atomes aux ondes radio et réduit la précision de l’horloge. La riposte : l’horloge sera blindée avec une enveloppe qui atténuera d’un facteur 100 000 le champ magnétique ambiant.
Second ennemi : les vibrations. Une station spatiale est en permanence traversée par des vibrations sonores produites par l’activité humaine à bord et le fonctionnement des instruments scientifiques.
Pour s’en prémunir, l’horloge possédera un appareil appelé accéléromètre : lorsque les vibrations sont trop importantes, l’accéléromètre indique à l’horloge qu’elle doit ignorer le temps donné à cet instant.
Mais alors, les vibrations étant plus importantes lorsque l’équipage fait du sport, l’activité physique sera-t-elle interdite pour entretenir la flamme du temps ?
En 2013, l'horloge PHARAO sera positionnée sur une plateforme extérieure de l'ISS. Elle mesurera le temps avec une exactitude et une stabilité jamais atteintes à ce jour : elle ne perdra qu’une seconde toutes les 300 millions d’années © NASA
A l'assaut de la théorie de la relativité
Pharao est un instrument de recherche fondamentale.
Il permettra notamment aux physiciens qui l’ont imaginé de tester si, comme le prévoit la théorie de la relativité, l’écoulement du temps est influencé par la gravité.
D’après cette théorie, le temps ralentit à proximité de toute masse. Autrement dit, le temps s’écoule plus lentement à la surface de la Terre que dans l’espace.
Ce phénomène a déjà été observé dans l’expérience de Hafele et Keating. L’horloge atomique Pharao va en affiner les résultats.
En fonction de ces mesures, il n’est pas impossible que les physiciens aient besoin de compléter la théorie de la relativité !
En savoir plus :
- "Pharao, la machine à explorer le temps", sur le site cnes.fr
- "Pharao et Microscope, le temps et la gravité à l'épreuve", un podcast sur le site de Ciel & Espace, en partenariat avec le CNES
- Le projet Pharao, sur le site des Missions scientifiques du CNES
- "Pharao : il est minuit, docteur Enstein", sur le site cnes.fr
