Embarqué à bord du satellite Jason-2, l'instrument T2L2 a permis de mener une expérience inédite : la comparaison d'horloges atomiques à l'aide de tirs lasers.

Chiffres clés

• 800 millions de datations entre 2008 et 2017
• 150 picosecondes : incertitude sur la mesure de transfert de temps
• 10 MHz : fréquence de l’horloge interne
• 17 stations ILRS au sol

Dates clés

• 10 octobre 2019 : Fin de la mission Jason-2
• 04 avril 2018 : Arrêt de l’instrument T2L2
• 31 décembre 2017 : Fin de la mission T2L2
• 20 juin 2008 : Lancement de T2L2 à bord du satellite Jason-2
• 22 mai 2006 : Livraison du modèle de vol à Thales Alenia Space

Le projet en bref

Que ce soit pour synchroniser ou évaluer leurs performances, les horloges atomiques sont régulièrement comparées entre elles. Cette opération appelée « transfert de temps » repose sur la propagation d’ondes électromagnétiques émises par des satellites vers deux horloges à évaluer –qu'elles soient terrestres ou spatiales.

L'utilisation de signaux optiques au lieu des signaux micro-onde utilisés jusqu’à maintenant pourrait toutefois faire gagner un à deux ordres de grandeur au niveau de la précision des mesures. Cette démonstration était au cœur de l’expérience « Transfert de temps par lien laser » (T2L2) qui utilisait l’instrument spatial T2L2 construit par le CNES et placé en tant que passager à bord du satellite Jason-2 ainsi qu’un réseau sol de stations de télémétrie laser associées à des horloges atomiques de très grande qualité.

Le principe de l'expérience était basé sur la propagation de signaux laser entre les horloges à synchroniser. Chaque station laser sol émettait un train d’impulsions vers Jason-2. L’instrument T2L2 détectait et datait son arrivée à bord tandis qu'un rétro-réflecteur renvoyait cette impulsion lumineuse vers les stations émettrices. Avec les trois dates enregistrées – de départ, d’arrivée à bord du satellite et de retour, il était alors possible de déterminer le décalage temporel entre les deux horloges.

Entre 2008 et 2017, l'instrument T2L2 a ainsi réalisé près de 800 millions de datations montrant qu'il est possible de comparer, à distance, des horloges avec une incertitude meilleure que 150 ps. La restitution de la fréquence de l’horloge de l’oscillateur DORIS présent à bord de Jason-2 a aussi été validée à un niveau jamais atteint. Mais surtout, T2L2 a ouvert la voie à de nouvelles expériences notamment pour le futur lien laser européen ELT (European Laser Timing) qui sera monté sur l’ensemble d’horloges spatiales ACES dont le lancement vers la Station Spatiale Internationale est prévu en 2025. L’expérience s’est arrêtée en 2017.

Rôle du CNES dans le projet

L'expérience T2L2 a été développée par le CNES en partenariat avec le laboratoire GéoAzur de l'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA), dont le PI, Etienne Samain.

Le CNES a assuré les rôles de maître d'œuvre système et instrument. Outre l'activité scientifique proprement dite, l'OCA a joué un rôle important dans la définition de l'instrument. En effet, la conception des fonctions métrologiques de détection et de datation reprenait des développements de prototypes réalisés et validés par l'OCA.

La réalisation de l'instrument de vol a été confiée à 3 industriels pilotés par le CNES.

Le Centre de Mission Instrument (CMI) était hébergé et opéré par le CNES et assurait l'exploitation de l'instrument au travers d'activités de routine, la gestion des interfaces avec le segment sol Jason-2 (fourniture des TC et récupération des TM) et le traitement des données de niveau 0.

L'exploitation de l'expérience T2L2 était assurée conjointement par le CNES et l'Observatoire de la Côte d'Azur.

Le CNES a assuré l'exploitation opérationnelle de l'instrument, c'est-à-dire le suivi de son fonctionnement en orbite, l'envoi des télécommandes et la collecte, traitement et diffusion de la télémesure.

Contact CNES

Responsable thématique Physique Fondamentale du CNES
Martin BOUTELIER
Courriel : martin.boutelier at cnes.fr