L'horloge mondiale : Qu'est-ce que c'est et comment fonctionne-t-elle ? NGL décrypte pour vous la mesure du temps que nous utilisons tous au quotidien !
Le principe
Vous êtes-vous déjà demandé comment l'horloge mondiale fonctionne pour que tout le monde soit synchronisé ? Nous vivons dans des fuseaux horaires différents, mais de New York à Melbourne, une seconde est toujours une seconde. Cela s'explique par le fait que chacun règle son horloge locale selon une norme internationale appelée "temps universel coordonné", également connue sous le nom d'UTC.
L'UTC est défini par l'Union internationale des télécommunications. Il est basé sur deux mesures : le tic-tac de centaines d'horloges atomiques ultra-stables (temps atomique international) et la rotation de la Terre (temps universel). Les pays du monde entier règlent leur heure locale en ajoutant ou en soustrayant de l'UTC une ou plusieurs heures en fonction de leur position sur le globe.
Quand l'horloge mondiale a-t-elle commencé ?
L'UTC, ou horloge mondiale, existe depuis le début des années 1960, peu après la construction de la première horloge atomique par Louis Essen. Ce garde-temps de précision promettait de résoudre le problème séculaire des aiguilles des secondes qui tournaient trop vite ou trop lentement.
Avant les années 1950, les horloges les plus précises utilisaient des cristaux de quartz vibrants pour donner l'heure, mais les secondes dérivaient quotidiennement. L'invention d'Essen utilise les propriétés quantiques des atomes de césium pour synchroniser les cristaux.
Aujourd'hui, plus de 400 horloges atomiques extrêmement stables donnent l'heure dans le monde entier. Chacune d'entre elles transmet un signal au Bureau international des poids et mesures en France. Le Bureau les comparent une fois par mois pour obtenir un chiffre final appelé le temps atomique international (TIA). Chaque horloge reçoit une pondération différente dans le calcul, en fonction de sa stabilité.
Le temps atomique est si précis que la Terre elle-même ne peut pas le suivre. En théorie, notre planète tourne sur son axe une fois toutes les 24 heures. Mais en pratique, la rotation de la Terre est légèrement irrégulière (en moyenne 23 h 56 min 4,1 s). Elle fluctue d'un jour à l'autre, et elle ralentit progressivement.
L'irrégularité de la rotation de la Terre fait que, aujourd'hui, l'heure atomique internationale avance de 37 secondes par rapport à l'UTC. Si nous réglions nos horloges en fonction de celle-ci, nous nous réveillerions bientôt au milieu de la nuit pour prendre notre petit-déjeuner.
Pour tenir compte de cette variation naturelle, l'horloge mondiale prend également en compte la circonvolution de la Terre autours du soleil. Le Service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence (IERS) mesure l'heure de la Terre, appelée temps universel, en regardant les étoiles défiler pendant que la planète tourne. Il combine ensuite cette mesure avec le temps atomique international pour obtenir le chiffre final du temps universel coordonné.
Quelle est la précision de l'horloge mondiale
Pour éviter que les horloges atomiques ne s'emballent lorsque la Terre ralentit, l'IERS s'efforce de maintenir le temps universel coordonné et le temps universel à 0,9 seconde l'un de l'autre. Cela implique des ajustements réguliers appelés "secondes intercalaires".
La première seconde intercalaire a été ajoutée en 1972, et il y en a eu 26 autres depuis. Certaines années, il y en a eu plus d'une, d'autres pas du tout. En 2020, la rotation de la Terre s'accélère, ce qui amène les gens à se demander s'il ne faudrait pas supprimer une seconde intercalaire pour la première fois.
L'invention du temps
L'homme mesure le temps depuis des dizaines de milliers d'années. Depuis l'aube de notre espèce, nous avons utilisé la rotation de la Terre pour suivre le cours de la journée, d'abord à l'œil, puis avec des cadrans solaires. Au début, notre plus grand défi était de pouvoir lire l'heure dans l'obscurité, surtout au cœur de l'hiver lorsque les jours étaient courts. Les solutions consistaient à mesurer l'écoulement du sable ou de l'eau, ou à suivre la longueur d'une bougie allumée.
Les premières horloges mécaniques ne sont apparues qu'à la Renaissance. Elles utilisaient des poids pour faire bouger des roues qui faisaient sonner des cloches pour indiquer les heures. Plus tard, les inventeurs ont remplacé la gravité par des ressorts et les roues tournantes par des pendules. Enfin, au XXe siècle, les premières horloges à quartz ont été inventées, ouvrant la voie au temps atomique.
Comment fonctionnent les horloges atomiques ?
Les horloges atomiques utilisent des oscillateurs pour mesurer le temps. Ces dispositifs ont un comportement périodique, oscillant d'avant en arrière selon un rythme régulier, comme un pendule. Plus le balancement est rapide, plus l'horloge est précise.
L'oscillateur d'horloge le plus courant est un cristal de quartz. Il vibre des milliers de fois par seconde, générant une onde qui se balance de haut en bas selon un schéma prévisible. Le problème est qu'il n'est pas complètement stable.
Les tâches où le temps est critique, comme le déplacement d'un satellite artificiel, nécessitent des horloges capables de mesurer le temps au milliardième de seconde. Les horloges à quartz ne peuvent pas fournir ce niveau de précision.
Pour contourner ce problème, les physiciens ont verrouillé les cristaux de quartz sur la résonance naturelle des atomes. Lorsqu'ils sont exposés à des fréquences précises, les atomes changent d'état énergétique. En détectant ces changements, il est possible de contrôler la vibration des cristaux de quartz. Ainsi, lorsque les horloges à quartz dérivent hors du temps, on peut les corriger instantanément.
Conclusion
La mesure du temps de travail n'est pas au milliardième de seconde, on est d’accord. Néanmoins NGL prends un soin tout particulier à garantir que les horodatages des pointages soient toujours mesurés avec rigueur. Tous les mois les serveurs sont resynchronisés sur ces horloges atomiques via le protocole NTP (Network Time Protocol). Le NTP est un protocole décrit dans la RFC 958 visant à synchroniser les horloges des systèmes informatiques.
Ainsi vous avez la garantie qu'il n'y aura aucune dérive ni erreur sur la prise de l'horodatage (jour et heure) quand vos employés pointent avec NGL.
