Histoire et cultureNotion · Glossaire
temps atomique
Le temps atomique international (TAI) est une échelle de temps uniforme et continue, construite en combinant les mesures de plusieurs centaines d’horloges atomiques réparties dans le monde. Sa stabilité en fait une référence mondiale pour mesurer et synchroniser le temps ; son unité est la seconde du SI, définie à partir d’une transition hyperfine du césium 133.
Sommaire
Ce que vous allez apprendre
- Identifier le TAI comme une échelle continue construite à partir de plusieurs centaines d’horloges atomiques.
- Relier exactement une seconde aux 9 192 631 770 périodes de la radiation définie du césium 133.
- Distinguer une horloge atomique, une unité de durée et une échelle de temps.
- Recalculer la durée approximative d’une période à partir de la définition de la seconde.
En clair
Imaginez plusieurs centaines d’horloges atomiques réparties dans le monde. Leurs mesures sont combinées pour former une même ligne temporelle, régulière et sans interruption : le temps atomique international, ou TAI.
Son unité est la seconde. Elle est rattachée à un phénomène du césium 133 : une seconde dure exactement 9 192 631 770 périodes d’une radiation associée à une transition précise de l’atome.
Définition
Le temps atomique international, abrégé TAI, est une échelle de temps uniforme et continue. Il ne correspond pas à la lecture d’une horloge isolée : il est construit en combinant les mesures de plusieurs centaines d’horloges atomiques réparties dans le monde. Cette construction fournit une référence universelle pour définir et mesurer le temps.
L’unité de base du TAI est la seconde. Depuis sa redéfinition en 1967 par la 13ᵉ Conférence générale des poids et mesures, sa durée est fixée à 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental du césium 133. Le nombre de périodes est exact dans cette définition.
Le repère repose ainsi sur un phénomène atomique intrinsèquement stable, plutôt que sur un phénomène astronomique. Cette base explique pourquoi sa précision et sa stabilité dépassent celles des anciennes échelles astronomiques.
Un exemple, pas à pas
On cherche la durée approximative d’une seule période de la radiation du césium 133 utilisée pour définir la seconde. Données : une seconde contient exactement 9 192 631 770 périodes, et la durée totale vaut 1 seconde.
1. On note N le nombre exact de périodes : N = 9 192 631 770.
2. La durée d’une période est la durée totale divisée par N : .
3. Le quotient vaut environ 0,000 000 000 108 783 seconde, soit environ 0,108 783 nanoseconde. Le résultat est approché, car son écriture décimale a été arrondie.
Le contrôle consiste à multiplier cette durée arrondie par 9 192 631 770 : on retrouve environ 1 seconde. Le schéma associé montre cette relation de comptage sans prétendre représenter des milliards de périodes une à une.
En pratique
Pour définir une seconde, on compte les périodes de la radiation liée à la transition précisée du césium 133. Le repère atomique est préféré aux anciennes références astronomiques lorsque la stabilité et la précision sont décisives.
Pour disposer d’une référence mondiale, on ne retient pas la mesure d’une seule horloge. Les mesures de plusieurs centaines d’horloges atomiques sont combinées afin de construire le TAI.
Pour lire correctement une valeur temporelle, il faut enfin identifier l’échelle annoncée. La mention « TAI » indique une échelle continue fondée sur cette construction atomique.
À ne pas confondre
TAI et horloge atomique. Une horloge atomique fournit une mesure individuelle ; le TAI est l’échelle construite à partir des mesures combinées de plusieurs centaines de ces horloges. La lecture d’un seul instrument n’est donc pas, à elle seule, le TAI.
TAI et seconde. La seconde est une unité de durée ; le TAI est une échelle de temps qui emploie cette unité. Le nombre 9 192 631 770 définit la durée d’une seconde, pas une date sur l’échelle TAI.
Temps atomique et anciennes échelles astronomiques. Le premier s’appuie sur un phénomène atomique stable ; les secondes reposent sur des phénomènes astronomiques. Le critère qui tranche est donc la nature du phénomène de référence.
Limites et pièges
Un dessin de quelques oscillations n’est pas un comptage complet. Une seconde correspond exactement à 9 192 631 770 périodes. Une figure lisible ne peut en montrer que le motif ; il faut conserver le nombre indiqué pour le calcul.
Le résultat décimal d’une période est approché. Le quotient de 1 seconde par 9 192 631 770 est arrondi lorsqu’il est écrit en décimal. Il faut employer « environ » ou le signe ≈, et réserver l’égalité à la fraction exacte.
La transition atomique ne peut pas être décrite vaguement. La définition vise la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental du césium 133. Omettre ces précisions remplace le phénomène défini par une formulation trop large.
Pour aller plus loin
Seconde. Approfondir l’unité de durée qui sert de base au TAI et replacer sa définition dans la mesure du temps.
temps universel. Examiner une autre notion de référence temporelle et mieux situer ce qui caractérise le temps atomique.
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