La course à la précision horaire semble sans limites. Le 13 juillet dernier, la revue Science annonçait la création d'un prototype d'horloge atomique optique qui parvient à battre le temps avec une précision de l'ordre de la femtoseconde, un souffle qui ne dure qu'un millionième de milliardième de seconde. Cette précision est dix millions de fois supérieure à celle des montres quartz qui faisaient la fierté des horlogers dans les années 1940. Les pères de la nouvelle horloge semblent toutefois trouver la femtoseconde un peu longue. Dans un article à paraître dans la revue Optics Letters, ils présentent déjà le chronomètre qui ne variera que d'une demi-femtoseconde chaque seconde.

Ces nouvelles horloges, qui ne serviront bien sûr pas à faire arriver les trains ou les avions plus à l'heure, ne vont pas rester confinées dans les labos. Posséder une heure toujours plus exacte permettra d'améliorer les performances du GPS, le système de positionnement par satellite utilisé quotidiennement pour la navigation aérienne, maritime ou terrestre. «Le GPS indique la position géographique en mesurant le temps que mettent les signaux émis par les satellites pour parvenir au récepteur terrestre, explique Pierre Thomann, directeur adjoint de l'Observatoire cantonal de Neuchâtel. Une erreur d'une nanoseconde, un milliardième de seconde, entraîne une imprécision de 30 centimètres.» La précision du système GPS à disposition des civils – aujourd'hui quelques mètres – devrait s'améliorer avec la mise en orbite des satellites européens Galileo qui embarqueront des horloges atomiques, dont un maser à hydrogène fabriqué à Neuchâtel, lesquelles ne varieront que d'un milliardième de seconde par jour.

L'essor actuel des télécommunications est également dû à l'amélioration de la mesure du temps. «Les conversations ne passent pas intégralement en direct sur une ligne téléphonique, poursuit Pierre Thomann. Seuls des échantillons de voix passent, par exemple une nanoseconde de parole toutes les millisecondes. On n'entend pas la différence, l'oreille n'est pas assez rapide. Le son entendu au téléphone est donc une suite d'images sonores instantanées qui s'animent, comme au cinéma, parce qu'elles défilent rapidement.» Ainsi, la même ligne téléphonique peut porter jusqu'à un million de conversations simultanément. A une condition: que les deux extrémités de la ligne soient parfaitement synchrones. Un petit retard d'un milliardième de seconde du récepteur, et c'est le morceau de la conversation d'un voisin qui arrive. Un méli-mélo qui est évité grâce à un réseau mondial de milliers d'horloges atomiques.

Les horloges ultra-précises intéressent aussi les radioastronomes amateurs de galaxies lointaines qui, pour agrandir virtuellement les télescopes, travaillent par interférométrie. Les signaux sont captés à différents endroits sur la Terre, puis combinés comme s'ils arrivaient sur un seul miroir géant. A la condition que ces petits miroirs soient constamment positionnés au millimètre près. Or les continents bougent; par recoupement de très nombreuses observations, on peut non seulement «photographier» les objets célestes les plus lointains avec une précision inégalée, mais on peut aussi mesurer la dérive des continents à quelques millimètres près.

Ces nouveaux instruments devraient enfin permettre aux physiciens de tester une prédiction d'Einstein, qui a affirmé que le temps s'écoule différemment selon l'environnement gravifique de l'horloge, donc selon l'altitude. Les très faibles déviations attendues devraient leur ouvrir enfin les portes de l'«après-Einstein.»

La précision des nouvelles horloges atomiques permettra des recherches sur les galaxies lointaines et sur les prédictions relativistes d'Einstein.