Pendant des millénaires, le temps était mesuré à partir de l’observation du ciel et de la rotation de la Terre sur elle-même. Le progrès scientifique a affiné la mesure du temps. Cela se fait désormais à partir des propriétés des atomes. Cet article va explorer la course semée d’embuche vers la précision.
Les premières tentatives de mesure du temps
Dès l’Antiquité, la mesure du temps a été nécessaire afin d’organiser la vie sociale et religieuse des sociétés. L’Humanité s’est d’abord repérée dans le temps grâce à l’observation des phénomènes naturels périodiques comme les saisons. Les premiers instruments de mesures du temps se basent ainsi sur le mouvement des astres, et notamment le soleil.
Le gnomon (voir photo) va être la première invention de l’Homme pour mesurer le temps. Cet instrument, né probablement au deuxième millénaire avant notre ère, est simplement un bâton planté dans le sol. Au fil de la journée, l’orientation et la taille de l’ombre évoluent en fonction de la course du soleil. Perfectionnant ce système, les Égyptiens ont inventé le cadran solaire vers 1500 ans avant J.-C. Le soleil projette une ombre sur une pierre, divisée généralement en douze ou vingt-quatre parties qui représentent une journée. De même que le gnomon, la longueur et la direction de l’ombre indiquent le moment de la journée.
Cependant, ces deux méthodes ne permettent qu’une mesure approximative du temps car la course du soleil varie selon les saisons. Elles indiquent l’heure uniquement lorsque le soleil n’est pas voilé.
C’est alors que vient la clepsydre dont la plus ancienne trace remonte à l’Egypte et date de 1400 avant J.-C. L’instrument consiste en un vase percé à sa base qui laisse écouler un mince filet d’eau dans un autre vase placé en dessous. Des graduations indiquent le niveau de l’eau, qui diminue avec le temps qui passe.
Mais observer ainsi le temps conduit à une mesure élastique au cours de l’année. Une heure étant plus courte en hiver qu’en été.
En route vers la précision !
Il faudra attendre la fin du XIIIe siècle pour que soient fabriquées les premières horloges mécaniques donnant une heure à intervalle régulier. Les premières, souvent dépourvues de cadran, se contentent de sonner l’heure pour indiquer aux moines les moments de prières. L’introduction de l’horloge mécanique en Europe va bouleverser l’appréhension du temps. La première heure de la journée, auparavant associée au lever du soleil, est dorénavant fixée à minuit.
Puisque certains atomes émettent des ondes à fréquence régulière, pourquoi s’en priver pour mesurer le temps ? En 1928, l’ingénieur électrotechnicien Warren A. Marrison met au point un dispositif permettant de mesurer le temps à l’aide d’un atome, le quartz. Une pile génère un choc électrique qui fait vibrer un morceau de quartz. Les vibrations du quartz entraînent un moteur qui actionne un mécanisme faisant tourner les aiguilles à intervalles réguliers.
Toujours à la quête de la meilleure précision possible, des savants inventent en 1958 l’horloge atomique qui utilise la fréquence de vibration de l’atome de césium pour mesurer le temps.
Ces inventions vont entraîner un changement de paradigme, qui va conduire en 1967 à définir la seconde non plus à partir de phénomènes astronomiques mais à partir d’atomes. Plus précisément à partir de l’atome de césium, un métal facilement manipulable.
Aujourd’hui, l’heure indiqué sur nos téléphones est une heure UTC, qui s’appuie sur près de 500 horloges atomiques. Ces horloges sont d’une telle précision qu’elles ne se dérèglent que d’une seconde sur 160 millions d’années.
Autant vous dire que cette quête vers la précision a été une grande victoire !
By LaPlume, Dauphine
