Parution La Vie – A Besançon, où l’on mesure le temps

Ci-dessous, dans le numéro du 8 août (un numéro compte-double, en kiosque deux semaines) mon reportage à l’Observatoire du Temps de Besançon. Il s’insère dans un numéro spécial consacré au temps. Merci La Vie !
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Besançon, royaume de la femtoseconde

Publié le 07/08/2019 – Jordan Pouille

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	© Raphaël HELLE/SIGNATURES pour La Vie<br /><br /><br /><br />

© Raphaël HELLE/SIGNATURES pour La Vie

Le berceau de l’horlogerie française abrite l’Observatoire des sciences de l’Univers, où l’on surveille la « référence temps » comme le lait sur le feu, à la demande d’industries de très haute technologie.

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Nous nous sommes présentés pile à l’heure pour notre rendez-vous avec François Meyer, ingénieur de recherche au laboratoire temps-fréquence de l’observatoire de Besançon, dans le Doubs. Sacrilège ! L’homme ne porte pas de montre : « La seule qui m’intéresse, c’est la Master Tourbillon », soupire le scientifique. Un modèle composé de 302 pièces, avec une réserve de marche de 48 heures, pour la bagatelle de 70.000€. « Sauf que j’ai un salaire de fonctionnaire. »

Installé au cœur de l’université de Franche-Comté, sur les hauteurs de la ville, son établissement travaille à mesurer le temps avec la marge d’erreur le plus infime possible, conformément aux attentes du secteur de la télécommunication par satellite. Il fournit ainsi un service d’étalonnage permettant d’assurer à ses prestigieux clients – Thales et Matra, parmi d’autres – la meilleure référence temps, tout le temps. L’observatoire est même assermenté pour attribuer la qualité de « chronographe » aux montres mécaniques, au cours d’un test de 16 jours consécutifs, indispensable pour s’assurer que la fréquence n’évolue pas d’un iota. « En 2009, j’ai eu à mesurer une montre à 600.000€ », se souvient François Meyer, encore ému. L’horlogerie Lip, et ses montres à mouvement automatique, figure parmi ses fidèles clients.

L’observatoire s’est un temps appuyé sur son horloge méridienne : une très grosse lunette de cuivre mise en service à la fin du XIXe siècle, et dont les aiguilles étaient les étoiles. On la fixa à quatre colonnes de pierre, elles-mêmes solidement plantées à huit mètres sous terre, jusqu’au socle rocheux, pour conserver une stabilité optimale. Allongé sur un petit matelas de cuir, un technicien datait l’observation du passage d’une étoile dans le méridien en respectant un intervalle de 23 heures, 56 minutes et 4 secondes. Un travail effectué 80 nuits par an sur 20 étoiles différentes pour établir la référence de temps avec une précision au dixième de seconde, comme le souhaitaient les fabricants de montres de la ville. « Mais la rotation de la Terre n’était pas un si bel étalon que ça. Beaucoup de facteurs le rendaient peu fiable, sans parler de la fonte des glaces aux pôles, qui en modifie la masse. L’horloge mécanique fut balayée par l’horloge à quartz, dès les années 1930. » On rénova l’horloge méridienne en 2008, et la voici de temps en temps caressée par des scientifiques en manque d’inspiration ou des enfants en visite scolaire.

La bonne longueur d’onde

Nous rejoignons la partie moderne de l’observatoire : des laboratoires où ronronnent une foule de systèmes de ventilation. François Meyer se saisit d’une petite bonbonne d’Inox siglée Hewlett-Packard, ce géant de l’imprimante grand public. « Cette invention est née il y a plus de 40 ans grâce à l’argent de l’armée américaine. En fait, c’est un quartz dans lequel on va asservir sur une transition atomique, en l’occurrence le césium. Elle est imbattable. » En (un peu plus) clair : une horloge atomique s’intéresse à l’énergie utilisée par un électron pour passer d’une couche de l’atome de césium à la couche supérieure. Cette variation d’énergie se calcule grâce à la fréquence de la longueur d’onde. C’est cette horloge qui détermine la position des sondes spatiales, en mesurant le temps que met l’aller-retour du signal envoyé : le principe du GPS.

 

© Raphaël HELLE/SIGNATURES pour La Vie

© Raphaël HELLE/SIGNATURES pour La Vie

 

Plus loin, dans une armoire vitrée, notre ingénieur s’empare d’un boîtier blanc aux trois diodes clignotantes. Un appareil Made in Besançon. « C’est avec ça qu’un autre laboratoire pourra conserver son horloge atomique chez lui sans avoir besoin de venir ici pour faire un étalonnage. Il peut le faire à distance et connaître en permanence son écart de fréquence par rapport à la référence nationale. »

Le césium ne fait pas tout. Pour affiner leurs résultats, les ingénieurs et chercheurs de Besançon s’appuient en parallèle sur des horloges plus récentes et plus performantes sur des courtes ou très longues périodes : soit trois horloges à saphir refroidi, ou « oscillateurs à saphir cryogéniques », et trois horloges Maser à hydrogène passif. L’oscillateur à saphir offre une marge d’erreur d’un demi-milliardième de seconde par jour. Tandis que « le Maser est comme un laser, mais avec des longueurs d’onde invisibles. Les pics de stabilité du Maser sont entre le césium et le saphir. C’est donc beaucoup plus sensible, mais aussi beaucoup plus cher » . On s’approche. « Ne touchez pas ! L’autre jour, un électricien venu faire de la maintenance a posé son sac dessus. J’ai failli m’évanouir. »

Je n’imagine pas une seule seconde perdre la référence temps.
- François Meyer, ingénieur à l’observatoire de Besançon

L’horloge parfaite, le Saint-Graal dans l’état actuel de nos connaissances, serait donc un hybride de ces différentes machines. « En prenant en compte les données de chacune et à partir d’un solide travail statistique, on aurait de quoi créer une horloge composite, qui éliminerait le bruit du césium et l’instabilité à long terme des cristaux de saphir. C’est un travail de recherche prometteur, mais sans application industrielle pour le moment. » Pour le moment seulement, car l’européen Galileo n’aura de cesse que de vouloir offrir un meilleur positionnement que ses rivaux états-unien GPS, chinois Beidou ou japonais Quasi-Zenith.

L’observatoire dispose enfin de trois systèmes de protection sophistiqués pour parer à toute coupure de courant, « dont les conséquences seraient désastreuses ». « Je n’imagine pas une seule seconde perdre la référence temps », murmure François Meyer, soudain solennel. « Ça nous ferait même sortir du BIPM ! » Le Bureau international des poids et mesures rassemble tous les nouveaux savoirs liés aux mesures et dispense l’heure le plus précise possible aux pays membres, calculée à partir des horloges les plus exactes au monde, dont celle de Besançon. « On diffère de cinq microsecondes de leur “temps papier” », reconnaît l’ingénieur. On déambule encore un peu. Dans une autre pièce, on découvre les équipements de contrôle de puissance des signaux émis par la Two Ways, une nouvelle parabole transférant toutes sortes de données vers l’observatoire de Paris. « C’est notre cordon ombilical avec la capitale, le lien qui prolonge notre chaîne métrologique vers le haut. »

Les pirates du temps

L’arrivée de la 5G et de tous ses objets connectés, pilotables à distance, ne tolère plus aucun décalage : le temps doit être identique partout pour une communication fluide et instantanée, pour ne pas que A parle en même temps que B. « On passe d’un besoin de fréquence extrêmement stable à un besoin de temps extrêmement stable. Un mètre de câble optique par exemple, c’est déjà cinq milliardièmes de seconde qui s’en vont et qu’il faut impérativement rattraper. » Garantir un temps stable partout suppose de se prémunir du risque de piratage.

« On commence à prendre conscience que leurrer le temps à distance, même une microseconde par jour, peut avoir des conséquences considérables. » Un chercheur de Besançon développe des technologies pour empêcher le piratage du positionnement satellite. « Il est facile de remplacer un signal par quelque chose de ressemblant. Le récepteur n’y voit que du feu et décale votre position dans le temps et l’espace. On en a fait l’expérience récemment : nous étions réunis dans une même pièce et notre confrère a réussi à déplacer de 800 kilomètres le positionnement GPS de tous nos Smartphones sans les toucher. »

Avant de nous quitter, devant une jolie horloge solaire qui a fait son temps, le photographe tente une question pernicieuse. « Au fond, qu’est-ce que le temps ? » Le chercheur répond du tac au tac. « C’est ce qui rythme les changements dans l’Univers, dans l’espace. C’est aussi une forme dégénérée de l’énergie, une projection de l’espace-temps sur la seule dimension temps. » Il s’agite, mais le temps presse. « Bon, je m’aventure sur des chemins sableux, à tantôt ! »

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