Université de Franche-Comté

Horloge en kit

Combinant les performances de l’horloge atomique à jet de césium, du maser hydrogène et de l’oscillateur quartz, la première horloge capable d’afficher une stabilité record à long, moyen et court termes est née d’une collaboration franco-suisse exemplaire.

 

 

 

Performances comparées des différentes horloges en termes de stabilité dans le temps

 


Performances comparées des différentes horloges en termes de stabilité dans le temps.

Plus la courbe est basse, plus l'horloge est stable

 

 

 

La stabilité d’une horloge s’apprécie par rapport à l’échelle de temps atomique internationale (TAI) et met en jeu des technologies différentes selon la durée considérée. À long terme, l’horloge atomique à jet de césium est sans conteste la plus stable. Elle a révolutionné la mesure du temps et, depuis 1967, le temps atomique international est fourni par trois cents horloges de ce type dans le monde, dont trois sont sous la responsabilité de l’Observatoire de Besançon. À moyen terme, le maser hydrogène tel que celui que possède FEMTO-ST s’avère le plus performant. Enfin, l’oscillateur à quartz VCO (Voltage controlled oscillator) maîtrise très bien le court terme.

 

Aujourd’hui, un prototype d’horloge composite démontre qu’il est possible de combiner horloge à césium, maser hydrogène et oscillateur quartz pour une stabilité record à la fois à long, moyen et court termes.

 

L’idée de réunir les performances des trois technologies a germé voilà dix ans de la réflexion conjointe de François Vernotte, directeur de l’OSU THETA (ex-Observatoire de Besançon) et de Jean-Pierre Aubry, responsable de la société neuchâteloise Oscilloquartz , et s’est concrétisée par une association franco-suisse fructueuse.

 

Deux programmes Interreg se sont ainsi succédé depuis 2006 : HOROM, dédié à l’étude de la faisabilité et à la conception du projet, s’est vu renforcé par le financement d’une thèse par la Région Franche-Comté ; avec un budget de 750 000 €, SIDGET a pris le relais et vient de se conclure avec la mise au point de prototypes assurant la démonstration d’un concept aussi important pour la recherche que pour l’industrie.

 

« Les performances d’un nouvel oscillateur mis au point en laboratoire pourront être éprouvées à long, moyen et court termes grâce à cette nouvelle référence » affirme François Vernotte. Les applications industrielles concernent en priorité les télécommunications. « La demande d’informations, de son, d’image grandit sans cesse et on a besoin de synchroniser toujours davantage les systèmes pour éviter les pertes quand on passe d’un émetteur à un autre. Cela nécessite une précision et une stabilité considérables des instruments de mesure du temps » explique Patrick Berthoud, directeur technique chez OSCILLOQUARTZ, la filiale du groupe SWATCH qui devrait à terme assurer le développement industriel de cette horloge nouvelle génération.

 

 

Une précision de mesure multipliée par 125 000

Ingénieur en mécatronique, Olivier Pajot a mis au point le prototype liant les trois technologies. « Lorsqu’on additionne les signaux produits par les trois sources, la mesure de leurs variations respectives est 125 000 fois plus précise que si l’on travaillait sur une source seule ! Elles sont rendues plus perceptibles, il est ainsi plus facile de les identifier et les corriger. » La technique met en œuvre deux boucles d’asservissement jouant sur les différences de fréquences entre les sources : les signaux maser et césium sont d’abord associés pour en tirer un signal unique qui est ensuite couplé avec celui du quartz. L’ensemble donne naissance à une horloge composite regroupant le meilleur de chacune des technologies, et dont la stabilité, mesurée en nanosecondes, est assurée à la fois à long, moyen et court termes.

 

 

Contact : François Vernotte

OSU-THETA Franche-Comté – Observatoire des sciences de l’Univers de Besançon

Université de Franche-Comté

Tél. (0033/0) 3 81 66 69 01

 

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