Sur Terre, le temps se mesure selon différentes échelles. Le Temps atomique international (TAI), délivré par plusieurs centaines d’horloges atomiques du monde entier, est d’une exactitude et d’une stabilité inégalables. Mais il est déconnecté du phénomène physique de rotation de la Terre autour du Soleil, qui, lui, est à la base de l’élaboration du Temps universel (UT), sur lequel se répercutent les irrégularités de trajectoire de la planète.
Pour bénéficier de la remarquable stabilité des horloges atomiques tout en restant corrélé à la course naturelle de la Terre dans le système solaire, le Temps universel coordonné (UTC) est une échelle de temps élaborée à partir des deux autres. UTC est notamment alimenté par les références de temps de chaque pays adhérant au système, dont il est une sorte de moyenne. La référence française du Temps universel coordonné porte le nom d’UTC(OP) ; elle est réalisée par un signal physique disponible à l’Observatoire de Paris, puis relayée par le biais de l’horloge parlante auprès du grand public, et par l’émetteur d’Allouis (Cher) pour les besoins de synchronisation des aéroports, des gares et des entreprises en lien avec ces activités de transport.
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C’est pour être en mesure de diffuser ce signal auprès du monde industriel, des scientifiques et des ingénieurs, que l’Observatoire de Besançon s’est doté d’équipements capables d’élaborer une réplique de la référence nationale de temps. Elle prend ici le nom d’UTC(OP) B, et elle est l’œuvre conjointe des équipes de l’Institut UTINAM, de l’Institut FEMTO-ST et de l’OSU-THETA, réunies au sein d’une plateforme agrégeant les compétences en temps-fréquence sur le campus bisontin. L’EquipEx Oscillator IMP, obtenu au titre du Programme investissements d’avenir (PIA), a vu d’importants financements de l’État et de la Région Bourgogne – Franche-Comté doter cette plateforme d’équipements de pointe, répondant aux besoins de la communauté scientifique et des industriels.
Il s’agit ici de mettre à disposition des fréquences, de contrôler leur stabilité et les bruits de phase associés aux signaux, autant de paramètres d’importance pour la production de composants pour les lasers, les radars ou les télécommunications. « L’accès à la référence nationale de temps et de fréquence, qui pourra être relayée par fibre optique sur les réseaux tels Lumière, est fondamental pour la maîtrise de ces technologies », explique François Meyer, responsable de la plateforme.
UTC(OP)B veillera à se rapprocher au maximum d’UTC(OP), lui-même ayant pour obligation d’approcher au plus près la référence mondiale, avec une tolérance de quelques nanosecondes seulement. La constellation des 24 satellites GPS, renforcés à terme par autant de satellites Galileo (22 sont déjà exploités), une parabole Two Way et plusieurs masers sont utilisés pour établir les comparaisons avec UTC(OP). Plus encore que les comparaisons en fréquence, les comparaisons de temps exigent une grande rigueur métrologique, que nourrissent données, algorithmes et statistiques.
« Pendant 50 ans, disposer de fréquences exactes suffisait pour répondre aux besoins des télécommunications ; depuis plusieurs années, les exigences d’exactitude en temps, beaucoup plus délicates à garantir, augmentent de façon spectaculaire, notamment avec l’explosion du domaine des objets connectés et embarqués », souligne François Meyer. En 2017, une campagne dite de calibration a permis d’étalonner tous les équipements entrant dans la fabrication d’UTC(OP) B : moins d’une nanoseconde de décalage a été détectée sur l’ensemble de ces moyens. Des résultats qui valident la capacité de la plateforme à relever les défis à venir.
