Pharao (phararon en anglais), l'horloge atomique la plus précise jamais construite par l'homme, a été assemblée au CNES de Toulouse en début d'année 2014. Elle devrait rejoindre l'ISS en 2016. Reportage sur place avec les responsables du projet.

Le projet Pharao :

La mesure du temps est une question essentielle depuis... La nuit des temps. Elle est basée sur l'observation d'un phénomène régulier et répétitif qui permet de caractériser des durées égales. Embarquée à bord de l’ISS à l’horizon 2016 dans le cadre du projet européen ACES, Pharao est une horloge atomique qui mesurera le temps avec une exactitude et une stabilité jamais atteintes à ce jour : elle ne perdra qu’une sec tous les 300 millions d’années. Une belle performance si on la compare aux horloges terrestres qui elles, perdent une seconde tous les 50 millions d’années !

1ere mondiale, Pharao utilise pour atteindre cet objectif des atomes froids de césium. Elle mesurera le temps à partir des transitions subies par les atomes lorsqu’ils interagissent en résonance avec une vibration micro-onde. Pharao associe la micropesanteur et des techniques de refroidissement d’atomes de césium par laser. Le fonctionnement d'une horloge atomique repose, en effet, sur sa capacité à maîtriser au mieux la vitesse des atomes.

Or la mesure le temps est d'autant plus précise que cette vitesse est lente. Par ailleurs, la vitesse des atomes est influencée par la pesanteur. Une contrainte dont Pharao s'affranchira en étant placée en orbite : les atomes sont ainsi ralentis jusqu'à la vitesse de l'escargot.

Pharao : mesurer l'influence de la gravité sur le temps.

Une horloge d'une telle précision trouve de nombreuses applications en physique fondamentale. Elle servira entre autres à vérifier certains principes de la théorie de la relativité générale avec une précision jamais atteinte. Pharao est l'élément central de la mission européenne ACES constitué de plusieurs horloges atomiques. Développée par les laboratoires scientifiques français sous maîtrise d'œuvre du CNES, elle sera installée pendant 18 mois à l'extérieur du module européen Columbus de l'ISS.

Serge Reynaud insiste « Pharao fournira un moyen unique de comparaison des horloges optiques de nouvelle génération qui seront développées dans de nombreux laboratoires dans le monde à l'époque où il volera. Grâce à ces performances, il sera possible de chercher une éventuelle variation des constantes fondamentales. Les horloges disponibles au sol fonctionnant sur des transitions différentes, qui dépendent de façon différente de ces constantes, leur comparaison permet donc d'élargir le spectre des tests de physique fondamentale effectués. »

La recherche de variation des constantes est en fait un autre moyen de tester ce fameux principe d'équivalence, imprenable rempart de la relativité générale qui, bien qu'assiégée par toutes ces expériences, refuse de se rendre...

Les constantes fondamentales peuvent-elles varier avec le temps ? C'est en tous cas ce que l'observation de la lumière émise par des quasars distants suggère. La valeur de la structure fine, qui régit la force électromagnétique assurant la cohérence des atomes et des molécules, aurait changé au cours de l'histoire de l'Univers.

Source : CNES.

Une belle expérience illustrant le génie de l'homme aussi bien d'un point de vue conceptuel que de sa capacité de réalisation concrète technologique.