Introduction

La mesure du temps a toujours été une préoccupation des Hommes. Ainsi, dès l'Antiquité, les Hommes ont conçu différents objets plus ou moins précis pour mesurer le temps.

Les premières horloges sont apparues il y a déjà plus de 4000 ans, ce sont les horloges à ombre inventées par les Egyptiens. Elles ont une forme en T et l'heure était montrée par l'ombre de la barre transversale sur une échelle graduée.

 

Le gnomon ou également appelé cadran solaire permettait durant l'Antiquité de connaître l'heure et de se situer dans l'année en fonction de la direction et de la longueur de l'ombre. Romains et Babyloniens utilisaient ce type d'horloges.

 

Ces cadrans solaires ont été remplacés par les nocturlabes, qui comme leur nom l'indique, permettent de connaître l'heure la nuit. Cet instrument reposait sur le mouvement des astres qui faisaient des tours autour de la polaire.

on le tenait à bout de bras et on visait la polaire à travers le trou

 

Un autre moyen qui permettait de mesurer le temps: les clepsydres ou les horloges à eau. Leur fonctionnement est simple, on mettait de l'eau dans un récipient gradué contenant un petit trou. L'eau s'écoulait régulièrement par cet orifice et l'on voyait le temps écoulé grâce aux graduations. Cependant ces horloges se sont vite montrées peu précises car des bactéries et le calcaire venaient boucher le trou, et il ne fallait pas que l'eau ne gêle.

clepsydre datant du Vème siècle avant JC à Athènes 

Les premiers sabliers sont apparus vers l'an 1000. Ceux-ci permettaient de contrôler le temps de parole de orateurs les plus bavards. Ils sont constitués de coquilles d'oeufs pulvérisés.

 

Finalement, les premières horloges mécaniques ont été mises au point à partir de XIII ème siècle mais ne contenaient pas encore d'aiguilles. La chute d'un poids actionnait des rouages qui leur permettait de sonner les heures. Ce n'est qu'en 1658 que Huygens, un mathématicien hollandais, a mis au point l'horloge à pendule, celle-ci contenait seulement une aiguille (celle des heures). Puis en 1840 les horloges électriques ont été inventées par l'anglais Alexandre Bain. Ensuite les horloges à quartz apparaîtront en 1933. Enfin l'invention de l'horloge atomique à la fin du XX ème siècle conclut cette recherche obsessionnelle des Hommes pour la précision de la mesure du temps.

 

 

 

Les avancées de ces horloges, de plus en plus précises et performantes, permettent également de définir plus rigoureusement et précisément ce qu'est réellement une seconde. Ce mot vient du latin "secundus", ce qui signifie "qui suit immédiatement". A l'époque cela désignait un intervalle de temps tellement petit que l'on ne pouvait pas en intercaler un autre. Vers 1400, des astronomes du Moyen-Âge définirent les durées relatives des heures: une heure vaut 60 minutes, et donc 3600 secondes (le choix du nombre 60 est judicieux et pratique car ce nombre est divisible par 2 3 4 5 6 10 12... ). Puis, au cours du XX ème siècle, des scientifiques ont lié la seconde à la périodicité de certains éléments chimiques. Cela permet de calculer des intervalles de temps infiniment brefs et ainsi de descendre jusqu'à une précison à la nanoseconde prrès dans le cas d'une horloge atomique.

Notre étude ne concernera que les horloges atomiques et nous tenterons d'associer la précision de la seconde avec le rôle et les avantages qu'elle apporte dans les instruments de navigation.

 

En quoi la précision de la seconde est-elle capitale dans l'utilisation des GPS ?

 

Pour répondre à cette question nous nous pencherons dans un premier temps sur le fonctionnement interne de ces horloges atomiques. Puis nous expliquerons leur rôle fondamental dans les instruments de géolocalisation spatial (les GPS). 

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