Oubliez vos montres à quartz : voici une horloge qui ne devrait pas dériver de plus d’une seconde sur 300 millions d’années ! PHARAO (pour Projet d'Horloge A Refroidissement d'Atomes en Orbite, pas de rapport avec l’Égypte antique) s’apprête à rejoindre l’espace dans le cadre de la mission européenne ACES (Atomic Clock Ensemble in Space).
Cet ensemble doit être lancé ce 21 avril pour être placé à l’extérieur du module européen Columbus de la Station spatiale internationale (ISS). PHARAO deviendra ainsi la première horloge à atomes de césium refroidis en orbite autour de la Terre et intégrée dans un réseau de comparaison de temps.
Pour atteindre son exactitude de 10-16, PHARAO met en œuvre des principes de physique avancés. Parmi ceux-ci, la manipulation et le refroidissement d’atomes par laser, dont la découverte a valu le Prix Nobel de physique à Claude Cohen-Tannoudji, du laboratoire Kastler-Brossel, en 1997.
Tester les théories de la relativité d’Einstein
L'objectif de cette expérience de physique fondamentale est de tester les théories de la relativité d'Albert Einstein, qui ont profondément bouleversé le monde de la physique au début du XXe siècle (lire encadré). Elles ont en effet démontré l’importance du repère dans lequel les mesures de temps sont effectuées et l’influence de la gravité sur ces mesures.
Ainsi, par rapport au sol, le temps s’écoule plus vite à bord de l’ISS du fait de son éloignement plus grand du centre de la Terre (théorie de la relativité générale), mais il s’écoule plus lentement du fait de la vitesse orbitale de l’ISS (théorie de la relativité restreinte).
PHARAO permettra d’étudier l’espace-temps à partir des données de comparaisons de différentes horloges au sol, développées dans les laboratoires de différents pays dans le monde entier. La finalité est de contraindre les domaines de validité des différentes théories de relativité. PHARAO pourrait aussi contribuer à la recherche d’éventuelles dérives des constantes fondamentales de la physique dans le temps et dans l’espace.
Le rôle du CNES dans la mission PHARAO
Le CNES est maître d’œuvre de PHARAO. L’intégration et les tests du modèle de vol de PHARAO ont eu lieu au Centre spatial de Toulouse.
Nous sommes également impliqués dans l’expérience ACES à travers le CADMOS (Centre d’Aide au Développement des Activités en Micropesanteur et des Opérations Spatiales) qui conçoit, développe et assure le suivi d’expériences scientifiques ou technologiques menées en micropesanteur. Une fois l’ensemble ACES accroché à l’ISS, ce sont les ingénieurs du CADMOS qui opéreront, depuis Toulouse, cette expérience consacrée à la mesure du temps.
