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Mesure du temps : l’université de Besançon bat des records

Industrie et Technologies
L'oscillateur mis au point par les chercheurs de Besançon atteint une précision de 10-14. L'équivalent d'une horloge qui ne varie pas de plus d'une seconde en 3000 siécles !

La précision du GPS et de l’aide à la navigation, des mesures de distances dans l’espace, des effets gravitationnels… est à la merci de la précision sur la mesure des temps. C’est une course sans fin marquée par une nouvelle étape à l’université de Besançon (CNRS laboratoire de physique et métrologie des oscillateurs) avec le soutien du CNES et du BNM.

L’oscillateur microonde à 12 GHz de l'université atteint une stabilité relative de fréquence meilleure que 2.10-14 à court terme (de 1 à 100 s). Pour se faire une idée de ce chiffre, cela correspond à mesurer la distance Terre-Lune à 3 µm près ou disposer d’une horloge ne variant pas de plus d’une seconde en 3000 siècles!

Pour parvenir à une telle précision il faut mettre le paquet ! Le coeur de l’oscillateur est un résonateur diélectrique cylindrique de 50 mm de diamètre sur 20 mm de hauteur, taillé dans un monocristal d’alumine maintenu précisément à 6 K en le plaçant dans une “bouteille thermos“ contenant 100 l d’hélium liquide.

A cette température en effet la permittivité du cristal (qui conditionne la vitesse de propagation des ondes, donc la stabilité temporelle du système) est très stable. Ceci grâce à un effet de compensation entre la variation propre de permittivité du cristal en fonction de la température et de celle due à la présence d’impuretés paramagnétiques contenues par le cristal.

Le reste de l’oscillateur est constitué d’un amplificateur placé à l’extérieur relié au cristal par des câbles coaxiaux. Une électronique élaborée régule la température, compense les fluctuations de phase au long des coaxiaux et stabilise la puissance du signal injecté dans le résonateur.

Mais comment mesurer la stabilité d’un tel oscillateur alors que ses performances dépassent d’un facteur 10 les meilleures références de fréquence disponibles? Les chercheurs ont résolu le problème en construisant un deuxième dispositif identique et en comparant les deux entre eux.

Première tâche dévolue à cette référence temporelle, la caractérisation des oscillateurs et des générateurs de signaux pour les futurs programmes spatiaux européens (Pharos, Doris 2, Galileo…).

Une version améliorée est en construction pour déterminer avec encore plus de précision la vitesse de la lumière ou, plutôt, confirmer son invariance encore plus précisément.

Christian Guyard

Contact chercheurs
- Pierre Yves Bourgeois pybourgeois@lpmo-edu
- Yann Kersalé : kersale@lpmo-edu
- Vincent Giordano : giordano@lpmo-edu
-  Laboratoire de physique et métrologie des oscillateurs CNRS UPR 3203 Université de Franche Comté tel 03 81 85 39 85 / 39 49 / 39 73
   

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