Mesure du temps: le temps

La rotation quotidienne de la Terre sur elle-même -qui fait que le Soleil se lève le matin, et se couche le soir- a dû être l'horloge naturelle de l'humanité depuis les temps les plus anciens. Puis l'amélioration des systèmes de mesure du temps, ensuite l'apparition des horloges, liée au développement du rationalisme, améliorèrent à la fois la mesure du temps et la mesure de la rotation de la Terre elle-même

Les outils de la mesure du temps

Les premières horloges n'apparurent qu'au milieu du Moyen-Age. Le temps, jusque là, n'était mesuré qu'à l'aide de techniques diverses, qui permettaient d'estimer quelle heure ou quelle partie du jour il était, ou d'estimer l'écoulement d'intervalles de temps. On utilisait des cadrans solaires (certains d'entre eux étaient de très grande taille: les obélisques des temples égyptiens, par exemple, servaient de cadran solaire), des "clepsydres" (horloges à eau), des bougies -marquées de repères- ou des sabliers. Les premières horloges apparaissent en Italie, vers 1350. Les horloges restèrent lourdes jusqu'à ce que le scientifique hollandais Huygens réussisse à construire la première horloge à pendule en 1656. Entre-temps, par ailleurs, ces horloges lourdes avaient évolué, fondant leur fonctionnement sur un ressort. L'horloge de Huygens réussissait à atteindre un niveau de précision de moins de 10 secondes par jour (l'horloge n'avait une erreur que de moins de 10 secondes par jour). L'autre élément marquant de l'évolution est que la conception des horloges et les progrès de la science, désormais, allèrent de pair

Les horloges, ensuite, continuèrent de s'améliorer. Cela se fit essentiellement pour les besoins de la marine anglaise. Les longitudes, en effet, devaient être mesurées avec précision -contre les risques de naufrage- et elles ne pouvaient l'être que si l'on disposaient de systèmes précis de mesure du temps. L'"Astronome Royal" (l'astronome officiel de la Couronne), l'observatoire de Greenwich, à partir de 1675, puis les horlogers, firent peu à peu progresser la question. En 1761, les chronomètres de marine de Harrison permettaient, in fine, de déterminer la longitude, au terme d'un voyage aux Antilles, avec une précision de moins d'un-demi degré. Le chronomètre permettait de conserver le temps avec une précision d'1/5ème de seconde par jour. Les horloges à pendule, elles, continuèrent de s'améliorer (on finit par empêcher tout frein sur le pendule du fait des interférences). La dernière étape de l'évolution des horloges fut, dans les années 1920, les horloges à quartz (un champ électrique est appliqué à un cristal de quartz et le cristal change de forme, générant, à son tour, un courant électrique; la vibration du cristal et le signal électrique sont alors utilisés pour faire fonctionner le mécanisme de l'horloge). Les scientifiques, finalement, finirent par concevoir les célèbres horloges atomiques, dans lesquelles une onde électro-magnétique interagit avec un atome et génère des signaux précis et stables

Les systèmes standardisés du temps

Le temps GMT

Bien que les techniques mêmes évoluaient, le temps -l'heure- cependant, ne restait valable que pour tel ou tel lieu. Chaque ville, par exemple, avait son heure propre, qui se référait au temps solaire local. Mais, lorsque les nouvaux moyens de transport, tels les chemins de fer, se développèrent, ils permirent des déplacements rapides à l'intérieur d'un même pays. Et, alors, la disparité entre les différentes heures devint un inconvénient: ainsi, il devenait difficile d'établir des horaires précis de chemin de fer si l'heure variait dans un même pays -surtout sur l'axe Est-Ouest. On commença alors par unifier les systèmes de l'heure au sein d'un même pays et, finalement, la Conférence sur le Méridien International, tenue à Washington en octobre 1884, élabora un système international et uniformisé. On mit en place, avec application au plan international, un système de méridiens, le méridien de l'observatoire de Greenwich étant le méridien zéro. Toutes les longitudes, désormais, étaient calculées, de part et d'autre, jusqu'à une limite de 180°. Et, dans le même temps, tous les pays adoptèrent un système universel de temps fondé sur le "temps solaire moyen". Un "jour solaire moyen" de 24 heures fut défini et 24 fuseaux horaires furent créés. Chaque fuseau horaire était centré sur son méridien standard, lequel définissait le temps solaire moyen pour le fuseau horaire. Les 24 fuseaux étaient définis par rapport au temps solaire moyen de Greewich (le célèbre "GMT": "Greenwich Mean Time" -"temps moyen de Greenwich"). Les 24 fuseaux horaires divisaient le monde en des zones larges de théoriquement 15° de longitude, de part et d'autre du méridien de Greenwich. A la limite des 180° Est et Ouest, le fuseau horaire du lieu était divisé en deux et, au milieu, passait la Ligne de Changement de Date. Lorsqu'un voyageur passait la ligne, en voyageant vers l'Est, il revenait au jour précédent. En voyageant vers l'Ouest, il passait au jour suivant. C'est la célèbre "ruse" qui permet à Philéas Fogg, le héros de Jules Verne, de remporter son pari d'un tour du monde en 80 jours. L'idée de méridien avait été mise en oeuvre pour la première fois aux Etats-Unis une fois, en mai 1869, achevée la première liaison ferroviaire à travers le continent; il s'agissait de pouvoir établir des horaires rigoureux

Le temps TU, le temps TUC

En 1926, le système du temps GMT se transforma en système de temps Temps Universel (système de temps TU). Il s'agit alors essentiellement d'un changement purement formel car le système du temps GMT demeurait en vigueur -et il continue de l'être, d'ailleurs, encore aujourd'hui. Le temps TU, aussi, devint la référence fondamentale en astronomie. Après la Seconde Guerre Mondiale, les progrès en matière de mesure du temps ainsi que le besoin d'horloges très précises amenèrent à l'emploi des horloges atomiques, fonctionnant sur la fréquence des ondes électro-magnétiques émises ou absorbées par l'atome du Césium 133. Les institutions internationales responsables des systèmes de temps en vinrent donc à se fonder sur ces horloges nouvelles pour donner la nouvelle définition, au niveau mondial, de l'heure civile. Les horloges atomiques emploient une seconde définie internationalement, la "seconde SI" -la seconde du Système International d'Unités. Aussi, le temps TUC ("Temps Universel Coordonné"), fondé sur cette seconde SI, devint l'heure des montres et des horloges parlantes. Le temps TU restait le temps du système des fuseaux horaires et le temps TUC devenait le temps civil. Le temps TUC n'est plus, par ailleurs, un temps qui est défini en termes d'astronomie; c'est un temps théorique, défini par les horloges atomiques. Il est défini par les données combinées de plus de 200 horloges atomiques réparties dans le monde. C'est le Bureau International des Poids et Mesures, près de Paris, qui a la charge du temps atomique. Du fait des irrégularités de la rotation de la Terre -et de la tendance de celle-ci à ralentir pour cause des interactions avec la Lune (à peu près tous les 100 ans, le jour augmente de 1,4 milli-seconde)- ce temps atomique, très précis, ne correspond plus exactement à la rotation de la Terre. Pour éviter toute différence, une seconde intercalaire ("leap second" en anglais), en plus ou en moins, est ajoutée au -ou soustraite des- horloges atomiques lorsque cela est nécessaire. La seconde intercalaire est ajoutée le 31 décembre (elle peut, quelquefois, l'être le 30 juin). Le temps TUC, ainsi, ne diffère jamais de plus de 0,9 seconde du temps TU (le temps TU, lui, reste un temps fondé sur des références astronomiques. voir le tutoriel "Les systèmes du temps" dans la section "Utile"). La différence vient aussi de la détérioration de l'atome de césium qui fait qu'il ne peut rester en accord avec la rotation de la Terre. Le système actuel de temps est opéré par le US Naval Observatory, à Washington, aux Etats-Unis. Le Canada (National Research Council of Canada, Ottawa), la France (centre CEA de Saclay), la Grande-Bretagne (Herstmonceux Castle, Hailsham) et le CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire, laboratoire de physique des particules de Neufchâtel, Suisse) avaient également leurs propres laboratoires mais ils ne désirent plus continuer à le faire et ils dépendent désormais de l'horloge atomique de Washington. La seconde intercalaire, officiellement, est décidée par l'"International Earth Rotation and Reference Systems Service" ou IERRSS. Elle fut utilisée pour la première fois en 1972; la dernière addition date de décembre 2008 et une seconde intercalaire sera ajoutée en juin 2012. Des propositions ont été faites pour abolir la seconde intercalaire du fait de son coût pour les systèmes importants. Mais, en 2015, l'Union Internationale des Télécommunications (l'UIT), l'agence spécialisée des Nations Unies, a annoncé qu'elle allait retarder une décision jusqu'en 2023, lorsqu'elle aura rassemblé suffisamment de données sur l'impact qu'aurait la suppression de la seconde intercalaire. L'UIT a également pris une décision qui pourrait transférer la responsabilité de la définition du temps UTC -donc la seconde intercalaire- à la General Conference on Weights and Measures ("conférence générale sur les poids et mesures", CGPM), laquelle définit déjà les unités SI. Le BIPM, une agence subsidiaire de la CGPM, a la responsabilité de générer le Temps international atomique, sur lequel le temps UTC est basé, à partir de 500 horloges réparties dans le monde. La plupart des pays -dont la Chine, les Etats-Unis et beaucoup de pays européens- sont favorables à la suppression de la seconde intercalaire et veulent fonder le temps UTC sur les seules horloges atomiques; cependant, un petit nombre de pays -dont la Russie et le Royaume-Uni- veulent la maintenir: la Russie, entre autres, se préoccupe de ce que son GLONASS (sont GPS propre) soit le seul système de ce type à prendre en compte la seconde intercalaire. Si la seconde intercalaire n'était plus utilisée, la différence finirait par atteindre 25 minutes d'ici 500 ans. L'insertion de la seconde intercalaire peut endommager les réseaux informatiques et elle doit donc être précédée d'un avertissement de 6 mois. La dernière minute de l'année 2016 se verra ajouter une seconde intercalaire (la dernière avait été ajoutée le 30/06/2015). Les horloges atomiques, enfin, ont donné naissance à un autre système de temps -qui n'est utilisé que pour les travaux scientifiques de haute précision: le "Temps Atomique International" (TAI). Pour ce qui est du temps, le système GPS, les horloges embarquées à bord des satellites, comme celles basées sur Terre -elles sont toutes atomiques- ont commencé à compter le temps GPS avec un décalage de 19 secondes par rapport au temps TUC. Cela fut dû au fait que, quand le système GPS fut mis en oeuvre, le 6 janvier 1980, c'était le décalage qui existait entre le temps TAI et le temps TUC. Les récepteurs GPS, lorsqu'ils reçoivent les signaux des satellites, prennent tout simplement en compte ce décalage auquel ils ajoutent le décalage actuel, ce qui donne un temps TUC. pour plus de détails techniques sur ces systèmes du temps et d'autres systèmes plus spécifiquement consacrés à l'astronomie, voir le tutoriel "Les systèmes du temps" dans la section "Utile"

->Le temps GMT définitivement remplacé par le temps atomique en 2009?
La différence entre la façon GMT de calculer le temps et celle du temps atomique est d'une telle importance que, sur de longues pétiodes de temps, elle aboutit à des décalages énormes: ainsi, en l'espace d'un millénaire, midi, selon le temps GMT, aurait lieu vers 13h et, sur 10000 ans, le temps GMT -un temps solaire- aurait pris un retard de plusieurs jours. Aussi, certains demandent que le temps GMT soit définitivement remplacé par le temps atomique. De plus, argumentent-ils, l'ajout de la seconde intercalaire peut amener à des dysfonctionnements, par exemple, de logiciels sensibles. Les Britanniques, du fait qu'ils sont les "inventeurs", à Greenwich, du temps GMT, se préoccupent du fait que le temps atomique, lui, sera sous la responsabilité du Bureau International des Poids et Mesures, près de Paris. Mais la France, l'Allemagne, l'Italie, les Etats-Unis et le Japon, cependant, sont tous partisans de la fin du système de la seconde intercalaire. L'Union Internationale des Télécommunications votera, dès 2009, sur la fin officielle du temps GMT -le nouveau système étant définitivement implanté en 2018. Les partisans du temps GMT et de la seconde intercalaire, eux, font état de ce que le temps GMT est plus en accord avec la position du Soleil dans le ciel et qu'un passage au seul temps atomique représenterait, d'une certaine manière, une forme de glissement culturel