La seconde : de Babylone aux horloges atomiques, comment elle a été inventée puis redéfinie


La Conférence générale des poids et mesures (CGPM) a choisi d'abandonner la seconde intercalaire, une seconde supplémentaire ajoutée de temps à autre pour que le temps universel coordonné (UTC) reste proche du temps solaire. Cette décision s'inscrit dans une longue histoire de la mesure du temps.

On fait difficilement plus universel que la seconde. Pourtant, cette unité est une convention, mise en place au cours de décennies d'efforts et fondée sur des millénaires d'observation du ciel.

Des cadrans solaires aux horloges mécaniques

À l'origine, ce qu'on n'appelait pas encore la seconde était calé sur le mouvement du Soleil. Il a d'abord fallu définir le jour, soit l'intervalle entre deux passages du Soleil au plus haut dans le ciel, à midi. L'un des plus anciens cadrans solaires connus, retrouvé en Égypte dans la Vallée des Rois, a environ 3 300 ans et divise déjà cet intervalle en 12. Les Babyloniens créèrent ensuite des subdivisions en 60, un système qui nous est resté.

Avec les premières horloges mécaniques, apparues au Moyen Âge, les heures sont devenues un peu plus précises. La journée a pu être découpée en heures, puis chaque heure divisée par 60 pour obtenir la minute, et encore par 60 pour obtenir la seconde.

En 1889, la première CGPM valide les étalons internationaux du mètre et du kilogramme. La seconde n'a toujours pas de définition officielle : on la considère comme 1/86 400 du jour solaire moyen, et ce sont les astronomes qui précisent ce qu'est ce jour moyen. Le Système international d'unités ne verra le jour qu'en 1960.

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De la rotation de la Terre à la mesure atomique

Les progrès en physique et en astrophysique montrent cependant que la rotation de la Terre n'est pas si régulière. En 1960, la 11e CGPM définit donc la seconde à partir de l'année 1900, c'est-à-dire du mouvement de la Terre autour du Soleil. Ce système ne tient que sept ans.

Le physicien britannique Louis Essen, du National Physical Laboratory, ouvre alors la voie. En 1958, avec l'Américain William Markowitz, de l'Observatoire naval des États-Unis, il mesure la fréquence du rayonnement émis par l'atome de césium 133 qui correspond le mieux à la seconde de l'époque. Ce rythme se mesure et se reproduit bien plus précisément que la course des astres. En 1967, la 13e CGPM décide qu'une seconde est égale à 9 192 631 770 périodes du rayonnement émis par un atome de césium 133.

Cette définition, affinée dans les années suivantes, repose sur une propriété stable de la matière. Elle crée pourtant un problème : le temps atomique est régulier, alors que le temps solaire varie avec la vitesse de rotation de la Terre.

Une seconde intercalaire aujourd'hui abandonnée

C'est pour cette raison que la seconde intercalaire a été introduite en 1972. Entre 1972 et 2016, 27 secondes ont été ajoutées pour que les horloges atomiques restent proches du temps solaire.

Face aux soucis techniques et aux bugs informatiques causés au fil des décennies, l'opposition à cette méthode n'a pas tardé à se faire entendre. La CGPM a acté sa disparition le 15 octobre, après une trentaine d'années de débats.

À partir du 20 mai 2027, plus aucune seconde intercalaire ne sera ajoutée, et l'écart entre temps solaire et temps atomique pourra se creuser jusqu'à une heure. Selon Noël Dimarcq, président du Comité consultatif du temps et des fréquences, cette marge devrait garantir la continuité d'UTC.