20080104 La connaissance des Temps Temps Le mot

2008/01/04 La connaissance des Temps

Temps Le mot temps en français possède des sens multiples Faisons abstraction du sens météorologique et philosophique Mais une phrase comme : Je suis ici depuis deux heures. Est-ce une durée ? Temps-durée Est-ce une date ? Temps-date Une durée est un intervalle de temps entre de deux dates. Mathématiquement on peut dire : Une durée est la différentielle de la date. En intégrant des durées constantes on peut repérer la date. 2008/01/04 La connaissance des Temps 2

Temps De tout temps on a cherché a mesurer le temps : Mesure de la date : cadrans solaires, calendriers Mesure de la durée : sablier, clepsydre permettant de mesurer des durées fixes, bases d’une unité et d’une échelle de temps. Les unités de temps viendraient des babyloniens : • Divisions du jour en 24 heures Puis ultérieurement : • Division de l’heure en 60 minutes • Division de la minute en 60 secondes • Division de la seconde en 60 tierces 2008/01/04 La connaissance des Temps 3

Temps Que ce soit pour repérer des dates ou mesure des durées, les hommes ont demandé à l’échelle de temps utilisée plusieurs qualités : Pérennité : se repérer dans le passé, le présent, le futur Accessibilité – universalité : un pour tous Stabilité : l’unité ou l’échelle stable dans le temps Ceci se conçoit bien dans le cadre du temps newtonien : le temps a un caractère absolu, en tout lieu de l’Univers La relativité d’Einstein a détruit ce concept quasi mystique pour associer un caractère relatif avec l’espace. 2008/01/04 La connaissance des Temps 4

Temps La préhension de l’écoulement du temps se fait intuitivemet par l’astronomie : • L’alternance des jours et des nuits • Le cycle des saisons • La succession des lunaisons Les chaldéens avaient la semaine de sept jours reprise par les hébreux. L’Égypte, la Grèce, les chinois, la semaine de dix jours. Ces unités sont grandes Chez les babyloniens on trouve déjà le jour divisé en 24 heures… Chez les Egyptiens, avec la clepsydre, le cadran solaire, la division du jour et de la nuit en 12, en se repérant au soleil et aux étoiles. Les arabes mesuraient les heures avec des clepsydres 2008/01/04 La connaissance des Temps 5

Temps Les grandes unités Le mois : révolution synodique de la Lune (phases de la Lune), approximativement 29, 5 jours. L’année avec le cycle des saisons : 365 jours et quelque chose L’heure : division du jour en 24 parties et ses sous multiples, minutes, secondes… La vision héliocentrique ayant créé la rotation de la Terre sur elle-même, et autour du Soleil, les durées de ces rotations deviennent des unités naturelles 2008/01/04 La connaissance des Temps 6

Les échelles de temps A partir de l’utilisation de la lunette par Galilée, et par la création d’instruments d’observation de plus en plus précis et de garde temps stables (horloges), les notions d’années, jours, heures vont se préciser. Année A partir du repère que l’on se donne, on distingue plusieurs durées d’années. Les plus importantes : L’année sidérale L’année tropique L’année anomalistique étoiles point gamma périhélie 365 jours 6 h 9 m, 74 s 365 jours 5 h 48 m 45, 975 s 365 jours 6 h 13 m 53 s Jour Le jour stellaire Le jour sidéral Le jour solaire vrai, variable Le jour solaire moyen étoiles point gamma soleil Soleil moyen Tous variables par le ralentissement de la rotation de la Terre. 2008/01/04 La connaissance des Temps 7

Les années Durée des années L’année sidérale étoiles 365 jours 6 h 9 m 10 s L’année tropique point gamma 365 jours 5 h 48 m 45, 975 s L’année anomalistique périhélie 365 jours 6 h 13 m 53 s Déplacements : • point g 50. 4“ / an rétrograde • périhélie 11. 6“ / an direct 2008/01/04 La connaissance des Temps 8

Les échelles de temps Divisions du jour Jusqu’au XVIème siècle, la division en 12 heures des nuits et des jours crée les heures inégales ou temporaires. A partir du XVIème siècle avec la généralisation des horloges, la division du jour en 24 heures devient commune. Les irrégularités des heures solaires dues à l’orbite elliptique de la terre et à l’inclinaison de l’équateur sur l’écliptique permettent d’établir l’équation du temps différence tout au long de l’année entre l’heure donnée par un soleil moyen avançant très uniformément sur l’équateur et le soleil vrai. En 1816 l’heure du soleil moyen local devient officielle (au moins à Paris) A partir de là, on peut définir comme étalon la seconde 1/86400 durée du jour moyen. 2008/01/04 La connaissance des Temps 9

Les échelles de temps Le développement du chemin de fer conduisit à uniformiser l’heure sur tout le territoire. Heure de Paris sur toute la France : 15 mars 1891 Puis à créer un temps de référence mondial, le temps solaire moyen du méridien de Greenwich et les fuseaux horaires (1884 Conférence internationale de Washington). La France se rallia à ce système en 1911 en décalant son heure légale de 9 min 21 s. 2008/01/04 La connaissance des Temps 10

Les échelles de temps Le temps solaire est en fait un angle (coordonnées horaires : angle horaire), mais qui augmente avec le temps. L’heure était la propriété des astronomes, puisqu’ils avaient les instruments pour observer les étoiles et le Soleil. Le Soleil étant plus difficile à observer que les étoiles, le calcul de l’heure se faisait plus en observant les étoiles qu’avec le Soleil directement. On calculait le temps solaire moyen en passant par le temps sidéral car la mécanique newtonienne permettait de prévoir exactement la place de la Terre sur son orbite (théorie du Soleil de Newcomb). Bibliographie : Les observations méridiennes et la détermination de l’heure. C. Maltézos, L’Astronomie 1911, 251 -259, 305 -318 et 350 -359. 2008/01/04 La connaissance des Temps 11

Les observations méridiennes Le principal instrument d’observation était la lunette méridienne : • mesure des temps de passage des étoiles au méridien • meure des hauteurs au passage Les observatoires fournissaient l’heures aux villes qui en possédaient. De 1884 à 1911 l’Observatoire de Saint Genis Laval donna l’heure à Lyon. Horloge parlante : A partir de 1911 diffusion de l’heure par radio depuis la Tour Eiffel. 2008/01/04 La connaissance des Temps 12

Les observations méridiennes Grande lunette méridienne de l’Observatoire de Lyon 2008/01/04 La connaissance des Temps 13

2008/01/04 La connaissance des Temps 14

Service de l'heure à Lyon 1881 Etude de la transmission électrique de l'heure en six points de la Ville. 1884 Démarrage en régime de croisière du Service de l'heure à la Ville de Lyon. 1887 Le Service de l'Heure est totalement installé, il y a 66 cadrans servis dans la Ville. 1887 18 décembre, Inauguration officielle, ce dimanche après-midi, de l'Observatoire de la Ville de Lyon. 1888 Il y a 76 cadrans dans la ville. 1889 Rapports mensuels sur Poste central +/- 2 s/jour. 1897 Le service de l'heure doit s'étendre encore dans Lyon, puisque des travaux sont en cours pour passer de 82 à 116 le nombre des cadrans. 2008/01/04 La connaissance des Temps

Service de l'heure à Lyon Salle spéciale • à l'abri des variations diurnes de la température • l'humidité faible et sensiblement constante. Deux pendules temps sidéral portées par des piliers séparés reposant sur un fort massif de béton • l‘une à M. Paulin (de Grenoble) • l‘autre due à Rédier, Salle des horloges Entre les deux, sur un pilier séparé • une pendule de temps moyen (Lepaute) • envoie chaque jour l'heure à la ville de Lyon • sert à comparer entre elles, par coïncidence les deux pendules sidérales. . . 2008/01/04 La connaissance des Temps

Service de l'heure à Lyon 1911 novembre : on installe dans la salle des pendules le premier poste de TSF de l'Observatoire de Lyon. "On reçoit tous les jours: • 10 h 25 • 10 h 47 -11 h 10 coïncidences heure dépêches météorologiques. " 1921 : T. S. F. : pour la réception de l'heure et des télégrammes météo 1927 Juin : dernière mention du Service de l'Heure au Méridien. En 1934, J. Dufay arrête le grand méridien Eichens. 2008/01/04 La connaissance des Temps

2008/01/04 La connaissance des Temps

Le Temps Universel (UT) Au XVIIIème siècle, les astronomes étaient acquis à l’idée que la rotation de la Terre étaient uniforme. Cette rotation étaient pour eux la meilleure échelle de temps. Définition de la seconde : 1/86400ème de la durée du jour moyen. Accord internationnal Le Temps Universel (Universal Time UT) est le temps solaire moyen du méridien origine augmenté de 12 heures. Adopté par la France en 1911. GMT : Greenwich Mean Time Temps solaire moyen de Greenwich. décalé de 12 heures par rapport à UT. 2008/01/04 La connaissance des Temps 19

Le Temps Universel (UT) Première alerte : fin XVIIIème siècle : accélération séculaire de la Lune (12 "/siècle) Mesures du Temps Universel par l’intermédiaire des étoiles, de la Lune et du Soleil, montraient qu’il fallait faire des corrections. Ralentissement de la rotation de la terre • par frottements dus aux marées. • déplacement irrégulier du pôle • variations saisonnières dues aux grands déplacements des masses atmosphériques • variations à long terme dues aux grands courants de convections du magma interne de la Terre. 2008/01/04 La connaissance des Temps Polhodie 20

Le Temps Universel (UT) Détermination d’un temps universel plus précis. Les observations, donne UT 0. Après réduction des données elles permettent de soustraire certaines variations. On définit deux temps plus précis : • UT 1 : après correction du déplacement des pôles • UT 2 : après correction des variations saisonnières. En 1950 introduction du temps terrestre (TT) basé sur la rotation de la Terre autour du Soleil. 2008/01/04 La connaissance des Temps 21

Le Temps terrestre (TT) Appelé aussi TE temps des éphémérides ou TDT temps dynamique de la Terre La seconde est la fraction 1/31. 556. 925, 9747 de l'année tropique pour 1900 janvier 0 à 12 heures de temps des éphémérides. L'échelle de temps qui lui correspond est le Temps terrestre (TT) Détermination du Temps des Éphémérides : Théoriquement, la détermination du temps des éphémérides est obtenue en mesurant la position du Soleil par rapport à des étoiles de coordonnées connues. Pratiquement, une telle mesure ne peut évidemment pas être effectuée directement. En fait, la détermination du TT était réalisée en mesurant la position de la Lune par rapport à des étoiles de coordonnées connues, après avoir étalonné cette horloge secondaire par rapport au mouvement en longitude du Soleil. 2008/01/04 La connaissance des Temps 22

Le Temps des éphémérides (TT) Précision Période de mesure est un an : précision de base est de l’ordre de 0, 1 seconde. Très bonne stabilité à long terme : 10 -9, 1 seconde en 10 ans Cette précision était dépassée par l’horloge atomique : 10 -12, 1 seconde sur 30000 ans. En 1967 – 13ème Conférence Générales des Poids et Mesures adoption de la seconde atomique comme unité de temps Le temps des éphémérides est toujours utilisé, car il joint • Les données anciennes • Les données à très longs termes calculées par les théories planétaires. 2008/01/04 La connaissance des Temps 23

Le Temps atomique International (TAI) La seconde est la durée de 9. 192. 631. 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de Césium 133. L'échelle de temps qui en découle est le Temps Atomique International (TAI) : Le Temps Atomique International TAI est la coordonnée de repérage temporel établie par le Bureau International de l'Heure (remplacé maintenant par le Bureau International des Poids et Mesures) sur la base des indications d'horloges atomiques fonctionnant dans divers établissements conformément à la définition de la seconde, unité de temps du Système International d'unités. 2008/01/04 La connaissance des Temps 24

Horloge atomique L'énergie d'un atome ne peut prendre que des valeurs bien précises, Pour faire passer un atome d'un niveau d'énergie à un autre plus élevé, il doit recevoir ou émettre un photon d'énergie correspond exactement à la différence d'énergie entre le niveau final et le niveau initial. Atome de césium 133 Cs Transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental 62 S 1/2 n = 9. 192. 631. 770 Hz l = 3, 26 cm Horloge atomique à jet de césium 2008/01/04 La connaissance des Temps 25

Horloge atomique 1 - un oscillateur à quartz génère un signal électrique de fréquence 10 MHz aussi exactement que possible ; 2 - multiplication de la fréquence de base du signal 9. 192. 631. 770 Hz ; 3 - signal injecté dans un guide d'onde avec résonance (cavité de Ramsey) ; 4 - un jet d'atomes de césium 133, dans deux états d'énergie différents ; 5 -déflexion magnétique, seuls les atomes dans l'état d'énergie A pénètrent dans la cavité de Ramsey ; 6 - si la fréquence injectée = 9. 192. 631. 770 Hz, nombre élevé d'atomes passant de l'état A à l'état B ; 7 - séparation magnétique des atomes dans l'état A et l’état B ; 8 - un détecteur compte le nombre d'atomes reçus dans l'état B ; 9 – asservissement de la fréquence du quartz : nombre d'atomes détectés dans l'état B soit maximal. L’horloge atomique est un oscillateur à quartz asservi par un système atomique à jet de césium : c'est un étalon passif. 2008/01/04 La connaissance des Temps 26

Horloge atomique Types : • horloges atomiques à césium (jets de césium ou fontaines à césium) • masers à hydrogène • horloges à cellule de rubidium, à ions mercure. Précision : Horloge • jets thermiques au Cs exactitude dérive 1 secondes 6. 10 -15 2. 106 années • fontaines atomiques de Cs ~10 -15 15. 106 années 2008/01/04 La connaissance des Temps 27

Utilisation horloges atomiques Horloges au césium - métrologie et établissement du Temps Atomique International (TAI) - navigation et positionnement (système GPS) - recherche fondamentale (géophysique, géodésie, astronomie, astrophysique Horloges au rubidium - synchronisation des réseaux nationaux et internationaux de télécommunication - navigation et positionnement - instrumentation de mesure Horloges à hydrogène - recherche fondamentale - TAI - Interférométrie à longue base (VLBI) - Orbitographie de précision - Métrologie 2008/01/04 La connaissance des Temps 28

TU, TT et TAI Base de l’unité de seconde : la seconde TT 1900. Raccordement TU – TAI : 1 er janvier 1958 à 20 h U. T. Raccordement TT – TAI : TAI = TT + 32 s. 2008/01/04 La connaissance des Temps 29

Et UTC ? C’est le temps légal du fuseau horaire de Greenwich, crée en 1972. Diffusé par les émetteurs radios. C’est celui de l’horloge parlante décalé d’une ou deux heures (été-hiver). Notre temps est un compromis • Il est basé sur le TAI • Raccordé à UT 2 UT et TAI diverge : irrégularités de UT et ralentissement de la rotation de la Terre De temps à autres ajustements par saut entier d’une seconde 2008/01/04 La connaissance des Temps 30

UT, UTC et TAI L’UTC est asservi au Temps atomique, mais recalé par seconde entière au UT. Quand le décalage UT et UTC atteint 0, 9 seconde, on décrète un saut d’une seconde à une date déterminée. Dernier saut de temps d'UTC : 31 décembre 2005. La séquence des dates repères des secondes d'UTC : 2005 Décembre 31 23 h 59 m 59 s 2005 Décembre 31 23 h 59 m 60 s 2006 Janvier 1 0 h 00 m 00 s 2008/01/04 La connaissance des Temps TAI-UTC = 33 s 31

UT, UTC et TAI L’UTC est asservi au Temps atomique, mais recalé par seconde entière au UT. Quand le décalage UT et UTC atteint 0, 9 seconde, on décrète un saut d’une seconde à une date déterminée. Dernier saut de temps d'UTC : 31 décembre 2008. Une séquence des dates repères des secondes d'UTC : 2005 Décembre 31 23 h 59 m 59 s 2005 Décembre 31 23 h 59 m 60 s 2006 Janvier 1 0 h 00 m 00 s 2008/01/04 La connaissance des Temps TAI-UTC = 34 s 32

Temps solaire moyen de Greenwich, n’a plus court Paramètres des fuseaux horaires On peut avoir des décalages avec des fractions d’heure 2008/01/04 La connaissance des Temps 33

Netographie http: //www. obs-besancon. fr/tf/equipes/vernotte/echelles/node 5. html http: //www. chez. com/tempsatomique/horlogescesium. htm http: //www. bipm. fr/fra/5_Scientific/c_time/time_server. html http: //www. horloge-parlante. com/fr/index. html 2008/01/04 La connaissance des Temps 34

Bibliographie Tirée de la revue L’Astronomie de la SAF (Société Astronomique de France). Les observations méridiennes et la détermination de l'heure. Partie I. F. Boquet. Juin 1911, 251 -258. Partie II. F. Boquet. Juillet 1911, 305 -318. Partie III. F. Boquet. Août 1911, 350 -359. Le temps des éphémérides. J. Kovalevsky. Septembre 1964, 321 -329. La détermination du temps atomique. B. Decaux. Octobre 1964, 341 -349. La définition et la mesure du temps. P. Tardy. Octobre 1964, 350 -353. Réception des signaux horaires. Y. Requième 1967, 225 -233. Sur les décisions prises par la commission de l'heure lors de la XVIe assemblée générale de l'U. A. I. à Grenoble en 1976. H. Enslin, Juin 1977, 253 -254. Le temps de Greenwich. D. Howse. Avril 1978, 163 -172. 2008/01/04 La connaissance des Temps 35