04 octobre 2007

 

La physique a -t-elle besoin du temps?



Une équipe de chercheurs allemands, japonais et norvégiens a mesuré le temps universel avec une précision inégalée, en déterminant la rotation de la terre quasi en temps réel.

Quelle heure est-il? Cela dépend du moment où on pose cette question. Dans la vie de tous les jours, on se contente de mesurer le temps grâce à une montre ou l'horloge d'un clocher. Pour les scientifiques, il existe deux mesures du temps différentes: la première se base sur la rotation de la Terre et détermine la durée des jours: c'est l'heure astronomique (abrégée UT1, de l'anglais "Universal Time"). La seconde, introduite en 1967, se base sur l'oscillation des électrons dans les orbitales atomiques de l'élément Cesium. Les meilleures horloges à Cesium donnent un décalage de seulement une seconde toutes les 30 millions d'années.

Ces deux systèmes de mesure présentent toutefois le problème de ne pas être concordants. En effet, notre planète tourne chaque année moins vite sur elle-même, car les marées freinent sa rotation. De plus, il existe des fluctuations périodiques, dues à la forme asymétrique de la Terre (qui ressemble plus à une "patate" qu'à un globe).

Afin de coordonner les deux mesures du temps, l'heure standard mondiale UTC a été introduite par le bureau des poids et mesures à Paris. Depuis 1972, cette UTC est avancée d'une seconde tous les deux ans afin d'être au plus proche de l'heure astronomique. Le moment où cette seconde doit arriver dépend de la rotation de la Terre, il faut donc le déterminer de manière exacte. Des chercheurs allemands, japonais et norvégiens sont parvenus à réaliser cette mesure avec une précision inégalée jusqu'alors.

Des scientifiques de l'institut pour la géodésie et la géoinformation de l'université de Bonn (IGG), de l'institut Max Planck pour la radioastronomie, ainsi que de l'office fédéral pour la cartographie et la géodésie (BKG) participent à cette collaboration. A l'aide de trois radiotélescopes en Allemagne, en Norvège et au Japon, ils ont observés simultanément pendant environ une heure, repérant ce qu'on nomme des quasars, dans ce cas précis des énormes trous noirs au centre des galaxies, situés à des milliards d'années lumière de la Terre. Leur rayonnement provient de disques de gaz chaud, qui tourbillonnent autour de ce monstre de gravitation, et finissent par être absorbés par celui-ci. Au sein de ce "disque d'accrétion", le gaz est chauffé par les forces de frottement jusqu'à incandescence.

Les radiotélescopes reçoivent les ondes radios envoyées par les quasars, ces données sont traitées numériquement en lien avec l'heure atomique. Comme les télescopes sont à de grandes distances les uns des autres, le rayonnement arrive avec un certain décalage, minime toutefois: la station de Wettzell dans la foret bavaroise est à 3.283 kilomètres du grand télescope norvégien de Ny Alesund, et à 8.445 kilomètres de Tsusuka au Japon. Un ordinateur compare les signaux entre eux et donne les différences d'écoulement du temps. Ainsi les chercheurs peuvent déterminer la position des télescopes avec une précision allant jusqu'à trois millimètres.

Ces mesures permettent également de synchroniser les systèmes d'approvisionnement énergétique, de navigation ou les réseaux de télécommunication. "Sans ces corrections, les signaux envoyés par les systèmes de navigation par satellite feraient au bout de 30 à 40 jours des erreurs d'environ 30 mètres" souligne Müskens. "Des voitures se retrouveraient alors dans une mauvaise rue, voire, si le conducteur ne prête pas attention, dans des champs". L'observation des quasars permet également de déterminer la dérive des continents. Ainsi, des données de Wettzell et de Westford aux Etats-Unis montrent que l'Europe et l'Amérique s'éloignent de quelques millimètres chaque année et que les îles japonaises peuvent se déplacer de 4 à 5 centimètres en quelques années, du fait de la forte activité tectonique dans cette région.

Plus généralement , la physique a-t-elle besoin du temps?

Marc LACHIÈZE-REY, physicien au service d'astrophysique du CEA,tente de répondre à cette question: cliquer ici pour écouter la conférence

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