PHARAO – Une horloge atomique révolutionnaire en orbite

Jacques Touja

il y a 11 mois

PHARAO – Une horloge atomique révolutionnaire en orbite

L’horloge atomique PHARAO (pour Projet d’Horloge A Refroidissement d’Atomes en Orbite) a été lancée avec succès vers la Station spatiale internationale (ISS) dans le cadre de la mission ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) de l’Agence spatiale européenne (ESA). Développée par le CNES, PHARAO est la première horloge à atomes de césium refroidis en orbite, offrant une précision temporelle inégalée.

Objectifs scientifiques de PHARAO

Tester la relativité générale d’Einstein
- PHARAO permettra de mesurer avec une précision accrue l’effet de la gravité sur l’écoulement du temps, connu sous le nom de « décalage gravitationnel ».
Améliorer la synchronisation des horloges terrestres
- En comparant le temps mesuré par PHARAO avec celui d’horloges atomiques au sol, la mission vise à renforcer la précision des systèmes de navigation par satellite comme le GPS et Galileo

PHARAO – Une horloge atomique révolutionnaire en orbite. Crédit: CNES

Caractéristiques techniques de PHARAO

Refroidissement laser des atomes de césium
- Les atomes sont refroidis à des températures proches du zéro absolu, réduisant leur agitation thermique et permettant des mesures plus précises.
Environnement en microgravité
- L’absence de gravité sur l’ISS permet aux atomes de se déplacer en ligne droite sans interférence, améliorant la stabilité des mesures.
Précision exceptionnelle
- PHARAO atteint une précision de l’ordre de 10⁻¹⁶, soit une dérive d’une seconde tous les 300 millions d’années

L’ensemble d’horloges atomiques spatiales (ACES) de l’ESA au Centre spatial Kennedy de la NASA, en Floride, aux États-Unis. Crédit: ESA-T. Peignier

Collaboration internationale et exploitation des données

La mission ACES est une collaboration entre le CNES, l’ESA et plusieurs laboratoires européens, dont le Laboratoire Kastler-Brossel et le Laboratoire Temps-Espace (LTE). Les données recueillies seront analysées par un réseau international de scientifiques pour des applications en physique fondamentale et en métrologie du temps.

Infographie : Comment fonctionne l’horloge atomique PHARAO ?

Refroidissement des atomes par laser

Les atomes de césium sont refroidis à très basse température grâce à des faisceaux laser pour diminuer leur vitesse et stabiliser leur état.

Propulsion des atomes dans un tube à ultravide

Les atomes refroidis sont envoyés doucement dans un tube sans air, pour éviter toute perturbation.

Interaction avec un champ micro-onde

Les atomes traversent un champ micro-onde qui provoque une modification de leur état énergétique (transition atomique)

Détection des transitions atomiques

Un capteur détecte le nombre d’atomes modifiés. Cette information permet d’ajuster très précisément la fréquence de l’horloge.

Résultat : Une précision exceptionnelle

PHARAO atteint une précision exceptionnelle : dérive d’une seconde tous les 300 millions d’années !

PHARAO représente une avancée majeure dans la mesure du temps et la compréhension des lois fondamentales de la physique. En offrant une précision sans précédent, cette horloge atomique ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche scientifique et les technologies de navigation.

Source

Retrouvez un article publié sur le site de l’ESA ici et un autre sur le site du CNES ici.