L’horloge radio pilotée : avoir l’heure la plus précise au monde

Vous avez peut-être la montre la plus chère du monde, mais si elle est réglée sur la mauvaise heure au départ, elle ne vous sera d’aucune utilité. Même les très luxueuses horloges à quartz ont du mal à se maintenir à l’heure avec une précision supérieure à une seconde par jour. Cela peut représenter une minute par mois ou presque un quart d’heure par an. Ne serait-ce pas génial si votre montre pouvait se régler automatiquement à l’heure sans que vous ayez à vous en soucier ? C’est l’idée de base des horloges et montres radio-pilotées. Elles sont réglées par des horloges atomiques ultra-précises. Si précise, qu’elle se règle à environ à  1 seconde de décalage sur 100 millions d’années. Voyons d’où viennent ces appareils et comment ils fonctionnent !

Qui a inventé les horloges radio pilotées ?

Selon Michael Lombardi du NIST, l’une des autorités mondiales en matière d’horloges radiocommandées : « Il n’y a pas de véritable consensus sur l’inventeur de la première horloge radiocommandée capable de se synchroniser sur un signal sans fil. » Il suggère que le premier dispositif de ce type pourrait être l’horophone inventé par Frank Hope-Jones (1887-1950). Lequel a été vendu à partir de 1913 par la Synchronome Company de Londres.

Comment fonctionne l’horloge radio pilotée ?

Les montres et horloges radio-pilotées reçoivent un signal horaire d’un émetteur radio réglé sur une horloge au césium ou “horloge atomique”. L’horloge atomique est la mesure standard du temps. La fréquence de résonance des électrons de l’atome de césium 133 est de 9 192 631 770 cycles par seconde. Ce qui donne une précision supérieure à +/- 1 seconde par million d’années. Le signal de l’émetteur est capté par la montre ou l’horloge et règle automatiquement l’heure et la date de celle-ci. Il existe, en théorie, un émetteur par fuseau horaire.

Mon horloge contient-elle du matériel radioactif ?

Non. Le terme “atomique”, lorsqu’il est attribué aux horloges et montres domestiques, fait uniquement référence à la source du signal horaire. Les horloges au césium 133 sont placées dans des conditions contrôlées dans un laboratoire. Un signal radio utilisant cette horloge comme référence est ensuite transmis. En revanche, les horloges et montres domestiques sont généralement appelées radiocommandées au Royaume-Uni, radio pilotées en France ou atomiques en Amérique. Ce qui revient au même, bien qu’elle ne contienne pas de matériel radioactif.

L’horloge radio pilotée est-elle si précise ?

Nous pouvons désormais lire l’heure avec un degré de précision incroyable. Avec seulement une nanoseconde ou deux par jour de décalage. On peut penser que c’est merveilleux, mais cela ne fait que remplacer un problème par un autre. Dans le passé, le problème était que nous ne pouvions pas lire l’heure aussi précisément pour suivre le “cycle naturel” du monde réel. Ainsi, alors que les cieux bougeaient et que les planètes tournaient autour du soleil, nos horloges peinaient à donner l’heure aussi efficacement que l’horloge naturelle du ciel.

Aujourd’hui, c’est ironiquement tout le contraire. Nous définissons désormais le temps non pas en termes de planètes en mouvement, mais d’atomes oscillants. Depuis 1967, la seconde est définie comme 9 192 631 770 oscillations de l’atome de césium 133 entre deux états d’énergie. En suivant le rythme d’une horloge atomique (comme le font aujourd’hui les différents organismes nationaux de normalisation), vous constaterez que les étoiles et les planètes se décalent progressivement.

C’est car leur mouvement n’est pas assez précis ! La vitesse de rotation de la Terre, par exemple, n’est pas constante : elle présente des variations aléatoires et ralentit progressivement. Tout cela signifie que nous devons de temps en temps “corriger” nos horloges atomiques super-précises pour qu’elles soient en phase avec le monde bien moins précis qui nous entoure. Pour ce faire, nous ajoutons de temps en temps des “secondes intercalaires” à l’heure mondiale officielle. Celle-ci est scientifiquement mesurée afin qu’elle corresponde toujours à l’heure officielle que les gens utilisent quotidiennement.

Comment réparer une horloge qui ne se synchronise pas ?

La plupart des horloges radioguidées fonctionnent très bien. Comme en témoignent les centaines de milliers d’unités qui sont vendues chaque année. Cependant, si votre horloge radiocommandée ou votre récepteur ne fonctionne pas, voici ce que nous vous suggérons :

• Si votre horloge utilise des piles, vérifiez-les et remplacez-les si besoin.

• Si vous avez un appareil de bureau, essayez de le faire pivoter de 90 degrés. Si vous avez une horloge murale, essayez de l’installer sur un mur perpendiculaire à celui sur lequel elle se trouve actuellement. Les antennes sont directionnelles et vous pourrez peut-être améliorer l’intensité du signal en tournant votre horloge.

• Placez l’horloge à au moins 1 ou 2 mètres des écrans d’ordinateur. Ils peuvent causer des interférences.

• Si rien d’autre ne fonctionne, sortez l’horloge à l’extérieur puis éteignez-la (retirez les piles ou débranchez-la). Puis rallumez-la pour la forcer à rechercher le signal. Si elle fonctionne à l’extérieur mais pas à l’intérieur, vous avez probablement un problème d‘interférence locale à l’intérieur de votre maison ou immeuble. Si elle ne fonctionne pas en extérieur la nuit, il est préférable de la changer et d’essayer un autre modèle.

• Le blindage fourni par un bâtiment métallique peut empêcher l’horloge de fonctionner. Par exemple, si vous vivez dans un immeuble ou une maison avec un revêtement en acier, l’horloge peut ne pas fonctionner.

• Si vous pensez que votre horloge est défectueuse, demandez au fabricant ou au revendeur d’obtenir un remplacement.

Historique de l’horloge radio pilotée

1879 : Le physicien britannique Lord Kelvin (ou William Thomson) suggère que les transitions énergétiques des atomes de sodium et d’hydrogène pourraient être utilisées pour donner l’heure.

1937 : Le physicien américain Isidor Rabi est le pionnier d’une technique appelée résonance magnétique à faisceau atomique. Elle utilise le magnétisme pour mesurer les propriétés d’un atome. Ces travaux lui valent le prix Nobel de physique de 1944.

1945 : Rabi suggère comment construire une horloge atomique pratique.

1949 : Norman Ramsey, étudiant et collaborateur de Rabi, s’appuie sur la méthode de Rabi et l’améliore. Il fait des découvertes qui conduisent progressivement au développement de l’horloge atomique au césium. Pour ce travail, Ramsey recevra, lui aussi, le prix Nobel de physique en 1989.

1949 : Le NBS des États-Unis construit la première horloge atomique au monde en utilisant du gaz ammoniac et un maser (laser à micro-ondes). Elle n’était pas très précise, mais a démontré que sa conception était possible.

1952 : Le NBS construit un prototype d’horloge atomique au césium, la NBS-1. Des problèmes politiques mettent fin à la poursuite des recherches.

1953 : Pendant ce temps, au National Physical Laboratory du Royaume-Uni, Louis Essen et Jack Parry commencent à travailler sur la mesure du temps atomique.

1955 : Essen et Parry construisent la première horloge atomique au césium de haute précision, Cesium-1.

1956/1958 : L’Atomichron, la première horloge atomique commerciale, est mise en vente.

1959 : L’horloge améliorée d’Essen et Parry, le Cesium-2, peut donner l’heure avec la précision inouïe d’une seconde en 2000 ans.

1967 : Le Système international d’unités (SI) est révisé pour définir la seconde comme la durée de 9 192 631 770 périodes du rayonnement. Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, la mesure du temps n’est plus basée sur le mouvement des étoiles et des planètes.

1993 : le NIST construit NIST-7, une horloge atomique à faisceau de césium. Elle sera utilisée pour le chronométrage officiel aux États-Unis jusqu’en 1999.

1999 : Le NIST construit NIST-F1, un remplacement de NIST-7 qui est 10 fois plus précis que son prédécesseur. Basée sur la technologie des fontaines de césium, elle est précise à environ une seconde sur 100 millions d’années.