« Aussi gros qu’un frigo » : ce bijou technologique français part dans l’espace pour redéfinir la mesure du temps

L’Agence Spatiale Européenne est sur le point de franchir une étape majeure dans la quête de la précision temporelle avec le lancement d’ACES vers la Station Spatiale Internationale. Ce projet fascinant met en lumière l’horloge atomique française PHARAO, qui pourrait transformer notre compréhension du temps et ouvrir la voie à de nouvelles technologies. Explorons les détails de cette mission ambitieuse qui combine science fondamentale et applications pratiques à travers des instruments de pointe.

Un frigo qui donne le temps dans l’Espace

Le 21 avril 2025, la mission ACES verra le jour grâce à une fusée Falcon 9 de SpaceX, emportant avec elle une charge utile précieuse : le Atomic Clock Ensemble in Space (ACES). Conçu par Airbus pour l’ESA, cet ensemble de la taille d’un réfrigérateur sera installé à l’extérieur du module européen Columbus sur l’ISS, à environ 400 kilomètres au-dessus de la Terre. Sa mission est de devenir le gardien du temps le plus stable et le plus précis jamais placé en orbite.

ACES combine deux instruments technologiques de pointe : PHARAO, développé par le CNES, et le maser à hydrogène spatial SHM, construit en Suisse. Ensemble, ils promettent une stabilité temporelle inédite, avec une dérive potentielle d’une seconde seulement tous les 300 millions d’années. Cette précision surpasse de dix fois celle des horloges atomiques des satellites de navigation actuels.

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Le maser à hydrogène fournit une référence de temps extrêmement précise sur de courtes durées, complétant ainsi les capacités de PHARAO pour créer un signal temporel global d’une fidélité inégalée.

PHARAO : le cœur français bat au rythme du césium

Au cœur de cette mission, PHARAO, fierté française, repose sur les propriétés quantiques des atomes de césium. Ces oscillations régulières servent d’étalon pour définir la seconde à l’échelle internationale, à raison de 9 192 631 770 cycles par seconde. PHARAO pousse cette technologie plus loin en utilisant des atomes de césium refroidis par laser à des températures proches du zéro absolu, ce qui les rend presque immobiles.

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Dans l’environnement de microgravité de l’ISS, ces atomes peuvent « flotter » plus longtemps, permettant une observation prolongée de leurs transitions énergétiques. Selon les principes de la physique quantique, plus une transition est observée longtemps, plus sa fréquence peut être déterminée précisément. Cette combinaison de refroidissement extrême et de microgravité confère à PHARAO une exactitude à long terme exceptionnelle.

Le maser à hydrogène SHM complète PHARAO en offrant une stabilité remarquable sur de courtes durées, créant ensemble une horloge atomique d’une précision inédite dans l’espace.

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Tester Einstein pour révolutionner notre quotidien

L’un des objectifs d’ACES est de tester la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein avec une précision inédite. Selon cette théorie, le temps s’écoule différemment selon la gravité et la vitesse. En orbite, le temps passe plus vite qu’à la surface terrestre. ACES mesurera cet effet de « dilatation temporelle » avec une précision d’un millionième, espérant confirmer ou nuancer les prédictions d’Einstein.

Les retombées technologiques de ce projet sont vastes. La synchronisation ultra-précise offerte par ACES pourrait améliorer la performance des systèmes de navigation par satellite (GNSS) tels que le GPS ou Galileo. Une erreur d’un milliardième de seconde dans ces systèmes se traduit par une imprécision de 30 centimètres au sol. ACES pourrait réduire cette imprécision, atteignant une précision de localisation de l’ordre du mètre.

ACES servira également de référence pour synchroniser les horloges atomiques terrestres et les futures horloges optiques, encore 100 fois plus précises. Ces avancées pourraient permettre de mesurer des variations d’altitude au centimètre près, comme le niveau d’une nappe phréatique, grâce aux variations du flux temporel dues à la gravité.

Une mission d’avenir pour la science et la technologie

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Prévue pour durer au moins 30 mois, la mission ACES continuera aussi longtemps que possible. PHARAO et SHM resteront en orbite jusqu’à la désorbitation de l’ISS. D’ici là, cette horloge atomique « taille frigo » aura redéfini notre mesure du temps, influençant notre compréhension de l’Univers et les technologies qui façonnent notre quotidien.

Alors que l’horloge atomique PHARAO s’apprête à repousser les frontières de la précision temporelle, quelles nouvelles découvertes et innovations pourraient émerger de cette mission avant-gardiste ?

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