Un “tic-tac” atomique dans l’espace : l’Europe teste la relativité d’Einstein depuis l’ISS

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Présentation de la toute première horloge atomique de l'espace lointain par la Nasa.

L'ESA a lancé le dispositif ACES pour mesurer l'effet de la gravité sur le temps avec une précision inégalée, depuis la Station spatiale internationale.

Un moment historique pour la physique fondamentale : ce lundi, l’Agence spatiale européenne (ESA) a lancé le projet ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), un système de double horloge atomique ultra-précise désormais en route vers la Station spatiale internationale (ISS) pour tester l’effet de la gravité sur l’écoulement du temps, selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

Transporté par une fusée Falcon 9 de SpaceX, le dispositif ACES a décollé depuis Cap Canaveral (États-Unis) à 08h15 GMT. Il sera installé à 400 km d’altitude, à l’extérieur du module européen Columbus de l’ISS, où il restera 30 mois pour collecter des données inédites sur la variation du temps en fonction de la gravité.

Objectif: mesurer le "décalage gravitationnel" avec une précision record

Dans l’espace, le temps s’écoule différemment de celui sur Terre, un phénomène connu depuis la relativité générale d’Einstein (1915).

L’horloge d’un satellite GPS placé à 20 000 km de la surface terrestre avance d’environ 40 microsecondes par jour par rapport à une horloge sur Terre. ACES ambitionne de mesurer cet écart à une précision d’un millionième, soit une avancée majeure en physique fondamentale, chronométrie et navigation spatiale.

PHARAO: une horloge française au cœur de l'expérience

Le système ACES comprend notamment l’horloge PHARAO, conçue par le Centre national d'études spatiales (CNES). Refroidis par laser à une température proche du zéro absolu (-273°C), des atomes y sont mis en impesanteur, permettant de mesurer leurs vibrations atomiques avec une extrême précision.

Associée à une seconde horloge, un maser à hydrogène suisse, PHARAO garantit une stabilité temporelle exceptionnelle : une dérive d'une seconde tous les 300 millions d’années.

Un "diapason" pour la seconde universelle

L’horloge PHARAO fonctionne comme un
"diapason
" du temps, en reproduisant la définition actuelle de la seconde : 9 192 631 770 oscillations d’un atome de césium 133. En parallèle, le maser joue le rôle de métronome, assurant une cohérence entre les mesures.

Selon Philippe Laurent de l’Observatoire de Paris, les données recueillies seront comparées à celles de neuf terminaux terrestres répartis entre l’Europe, la Grande-Bretagne, les États-Unis et le Japon.

Une technologie unique malgré la montée des horloges optiques

Bien que des horloges optiques — 100 fois plus précises — aient vu le jour, aucune n’est encore opérationnelle dans l’espace, rappelle Simon Weinberg, chef de projet ACES à l’ESA. ACES reste donc le système le plus avancé en orbite à ce jour.

Son lien micro-ondes vers la Terre permettra de tester les prédictions de la relativité générale. Si des écarts sont constatés, cela ouvrirait

"une nouvelle fenêtre en physique",

peut-être vers la réconciliation entre relativité et mécanique quantique.

Conclusion

Le programme ACES marque un tournant scientifique en démontrant le potentiel de la métrologie spatiale pour repousser les limites de la compréhension humaine du temps, de l’espace et de la gravité.