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Temps. Le mot temps en français possède des sens multiples. Faisons abstraction du sens météorologique et philosophique. Mais une phrase comme : . Je suis ici depuis deux heures. Temps-durée. Est-ce une durée ? . Est-ce une date ? . Temps-date.

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Le mot temps en français possède des sens multiples

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Temps

Le mot temps en français possède des sens multiples

Faisons abstraction du sens météorologique et philosophique

Mais une phrase comme :

Je suis ici depuis deux heures.

Temps-durée

Est-ce une durée ?

Est-ce une date ?

Temps-date

Une durée est une différence de deux dates.

Mathématiquement on peut dire :

Une durée est la différentielle de la date.

En intégrant des durées constantes on peut repérer la date.

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Temps

De tout temps on a cherché a mesurer le temps :

Mesure de la date : cadrans solaires, calendriers

Mesure de la durée : sablier, clepsydre

permettant de mesurer des durées fixes, bases d’une unité et d’une échelle de temps.

  • Les unités de temps viendraient des babyloniens :

    • Divisions du jour en 24 heures

Puis ultérieurement :

  • Division de l’heure en 60 minutes

  • Division de la minute en 60 secondes

  • Division de la seconde en 60 tierces

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Temps

Que ce soit pour mesurer de la date ou mesure de la durée, les hommes ont demandé à l’échelle de temps utilisée plusieurs qualités :

Pérennité : se repérer dans le passé, le présent, le futur

Accessibilité – universalité : un pour tous

Stabilité : l’unité ou l’échelle stable dans le temps

Exactitude : durée toujours égale à l’unité choisie

Ceci se conçoit bien dans le cadre du temps newtonien : le temps a un caractère absolu, en tout lieu de l’Univers

La relativité d’Einstein a détruit ce concept quasi mystique pour associer un caractère relatif avec l’espace.

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Temps

La préhension de l’écoulement du temps se fait intuitivemet par l’astronomie :

  • L’alternance des jours et des nuits

  • Le cycle des saisons

  • La succession des lunaisons

Les chaldéens avaient la semaine de sept jours reprise par les hébreux.

L’Égypte, la Grèce, les chinois, la semaine de dix jours.

Ces unités sont grandes

Chez les babyloniens on trouve déjà le jour divisé en 24 heures…

Chez les Egyptiens, avec la clepsydre, le cadran solaire, la division du jour et de la nuit en 12, en se repérant au soleil et aux étoiles.

Les arabes mesuraient les heures avec des clepsydres

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Temps

Les grandes unités

Le mois : révolution synodique de la Lune (phases de la Lune), approximativement 29,5 jours.

L’année avec le cycle des saisons : 365 jours et quelque chose

L’heure : division du jour en 24 parties et ses sous multiples, minutes, secondes…

La vision héliocentrique ayant créé la rotation de la Terre sur elle-même, et autour du Soleil, les durées de ces rotations deviennent des unités naturelles

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Les échelles de temps

A partir de la lunette de Galilée, et par la création d’instruments de plus en plus précis d’observation et de garde temps (horloges), les notions d’années, jours heures vont se préciser.

Année

A partir du repère que l’on se donne, on distingue plusieurs types d’années. Les plus importantes :

L’année sidéraleétoiles365 jours 6 h 9 m,74 s

L’année tropiquepoint gamma365 jours 5 h 48 m 45,975 s

L’année anomalistiquepérihélie365 jours 6 h 13 m 53 s

Jour

Le jour stellaireétoiles

Le jour sidéralpoint gamma

Le jour solaire vrai, variablesoleil

Le jour solaire moyenSoleil moyen

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Les échelles de temps

Divisions du jour

Jusqu’au XVIème siècle, la division en 12 heures des nuits et des jours crée les heures inégales ou temporaires.

A partir du XVIème siècle avec la généralisation des horloges, la division du jour en 24 heures devient commune.

Les irrégularités des heures solaires dues à l’orbite elliptique de la terre et à l’inclinaison de l’équateur sur l’écliptique permettent d’établir l’équation du temps différence tout au long de l’année entre l’heure donnée par un soleil moyen avançant très uniformément sur l’équateur et le soleil vrai.

En 1816 l’heure du soleil moyen local devient officielle (au moins à Paris)

A partir de là, on peut définir comme étalon la seconde 1/86400 durée du jour moyen.

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Les échelles de temps

Le développement du chemin de fer conduisit à uniformiser l’heure sur tout le territoire.

Heure de Paris sur toute la France :

15 mars 1891

Puis à créer un temps de référence mondial, le temps solaire moyen du méridien de Greenwich et les fuseaux horaires (1884 Conférence internationale de Washington).

La France se rallia à ce système en 1911 en décalant son heure légale de 9 min 21 s.

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Les échelles de temps

Le temps solaire est en fait un angle (coordonnées horaires : angle horaire), mais qui augmente avec le temps.

L’heure était la propriété des astronomes, puisqu’ils avaient les instruments pour observer les étoiles et le Soleil.

Le Soleil étant plus difficile à observer que les étoiles, le calcul de l’heure se faisait plus en observant les étoiles qu’avec le Soleil directement.

On calculait le temps solaire moyen en passant par le temps sidéral car la mécanique newtonienne permettait de prévoir exactement la place de la Terre sur son orbite (théorie du Soleil de Newcomb).

Bibliographie : Les observations méridiennes et la détermination de l’heure. C. Maltézos, L’Astronomie 1911, 251-259, 305-318 et 350-359.

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Les observations méridiennes

  • Le principal instrument d’observation était la lunette méridienne :

    • mesure des temps de passage des étoiles au méridien

    • meure des hauteurs au passage

Les observatoires fournissaient l’heures aux villes qui en possédaient.

De 1884 à 1911 l’Observatoire de Saint Genis Laval donna l’heure à Lyon.

Horloge parlante :

A partir de 1911 diffusion de l’heure par radio depuis la Tour Eiffel.

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Les observations méridiennes

Grande lunette méridienne de l’Observatoire de Lyon

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Service de l'heure à Lyon

1881 Etude de la transmission électrique de l'heure en six points de la Ville.

1884Démarrage en régime de croisière du Service de l'heure à la Ville de Lyon. 1887 Le Service de l'Heure est totalement installé, il y a 66 cadrans servis dans la Ville.

188718 décembre, Inauguration officielle, ce dimanche après-midi, de l'Observatoire de la Ville de Lyon.

1888Il y a 76 cadrans dans la ville.

1889Rapports mensuels sur Poste central +/- 2 s/jour.

1897Le service de l'heure doit s'étendre encore dans Lyon, puisque des travaux sont en cours pour passer de 82 à 116 le nombre des cadrans.


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Service de l'heure à Lyon

  • Salle spéciale

    • à l'abri des variations diurnes de la température

    • l'humidité faible et sensiblement constante.

  • Deux pendules temps sidéral portées par des piliers séparés reposant sur un fort massif de béton

    • l‘une à M. Paulin (de Grenoble)

    • l‘autre due à Rédier,

Salle des horloges

  • Entre les deux, sur un pilier séparé

    • une pendule de temps moyen (Lepaute)

    • envoie chaque jour l'heure à la ville de Lyon

    • sert à comparer entre elles, par coïncidence les deux pendules sidérales...


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Service de l'heure à Lyon

1911 novembre : on installe dans la salle des pendules le premier poste de TSF de l'Observatoire de Lyon. "On reçoit tous les jours:

  • 10h 10h25coïncidences

    • 10h45heure

  • 10h47-11h10dépêches météorologiques."

  • 1921 : T.S.F.: pour la réception de l'heure et des télégrammes météo

    1927 Juin : dernière mention du Service de l'Heure au Méridien.

    En 1934, J. Dufay arrête le grand méridien Eichens.


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    UT, UT1, UT2

    TE, TDT, UTC, TAI...

    La valse à n temps


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    Le Temps Universel

    (UT)

    Au XVIIIème siècle, les astronomes étaient acquis à l’idée que la rotation de la Terre étaient uniforme.

    Cette rotation étaient pour eux la meilleure échelle de temps.

    Définition de la seconde : 1/86400ème de la durée du jour moyen.

    Accord internationnal

    Le Temps Universel (Universal Time UT) est le temps solaire moyen du méridien origine augmenté de 12 heures.

    Adopté par la France en 1911.

    GMT : Greenwich Mean Time

    Temps solaire moyen de Greenwich.

    décalé de 12 heures par rapport à UT.

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    Polhodie

    Le Temps Universel

    (UT)

    Première alerte : fin XVIIIème siècle :

    accélération séculaire de la Lune (12 "/siècle)

    Mesures du Temps Universel par l’intermédiaire des étoiles, de la Lune et du Soleil, montraient qu’il fallait faire des corrections.

    Ralentissement de la rotation de la terre

    • par frottement des marées.

    • déplacement irrégulier du pôle

    • variations saisonnières dues aux grands déplacements des masses atmosphériques

    • variations à long terme dues aux grands courants de convections internes du magma interne de la Terre.

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    Le Temps Universel

    (UT)

    Détermination d’un temps universel plus précis.

    Les observations, donne UT0.

    Après réduction des données elles permettent de soustraire certaines variations.

    • On définit deux temps plus précis :

      • UT1 : après correction du déplacement des pôles

      • UT2 : après correction des variations saisonnières.

    En 1950 introduction du temps des éphémérides (TE) basé sur la rotation de la Terre autour du Soleil.

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    Le Temps des éphémérides

    (TE)

    La seconde est la fraction 1/31.556.925,9747 de l'année tropique pour 1900 janvier 0 à 12 heures de temps des éphémérides.

    L'échelle de temps qui lui correspond est le Temps des Éphémérides (TE)

    Détermination du Temps des Éphémérides :

    Théoriquement, la détermination du temps des éphémérides est obtenue en mesurant la position du Soleil par rapport à des étoiles de coordonnées connues.

    Pratiquement, une telle mesure ne peut évidemment pas être effectuée directement.

    En fait, la détermination de TE était réalisée en mesurant la position de la Lune par rapport à des étoiles de coordonnées connues, après avoir étalonné cette horloge secondaire par rapport au mouvement en longitude du Soleil.

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    Le Temps des éphémérides

    (TE)

    Précision

    Période de mesure est un an : précision de base est de l’ordre de 0,1 seconde.

    Très bonne stabilité à long terme : 10-9, 1 seconde en 10 ans

    Cette précision était dépassée par l’horloge atomique : 10-12,

    1 seconde sur 30000 ans.

    En 1967 – 13ème Conférence Générales des Poids et Mesures

    adoption de la seconde atomique comme unité de temps

    Le temps des éphémérides est toujours utilisé, car il joint

    • Les données anciennes

    • Les données à très longs termes calculées par les théories planétaires.

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    Le Temps atomique International

    (TAI)

    La seconde est la durée de 9.192.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de Césium 133.

    L'échelle de temps qui en découle est le Temps Atomique International (TAI) :

    Le Temps Atomique International TAI est la coordonnée de repérage temporel établie par le Bureau International de l'Heure (remplacé maintenant par le Bureau International des Poids et Mesures) sur la base des indications d'horloges atomiques fonctionnant dans divers établissements conformément à la définition de la seconde, unité de temps du Système International d'unités.

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    Horloge atomique

    L'énergie d'un atome ne peut prendre que des valeurs bien précises,

    Pour faire passer un atome d'un niveau d'énergie à un autre plus élevé, il doit recevoir ou émettre un photon d'énergie correspond exactement à la différence d'énergie entre le niveau final et le niveau initial.

    Atome de césium 133 133Cs

    Transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental 62S1/2

    • = 9.192.631.770 Hz

      l = 3,26 cm

    Horloge atomique à jet de césium

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    Horloge atomique

    1 - un oscillateur à quartz génère un signal électrique de fréquence 10 MHz aussi exactement que possible ;

    2 - multiplication de la fréquence de base du signal 9.192.631.770 Hz ;

    3 - signal injecté dans un guide d'onde avec résonance (cavité de Ramsey) ;

    4 - un jet d'atomes de césium 133, dans deux états d'énergie différents ;

    5 -déflexion magnétique, seuls les atomes dans l'état d'énergie A pénètrent dans la cavité de Ramsey ;

    6 - si la fréquence injectée = 9.192.631.770 Hz, nombre élevé d'atomes passant de l'état A à l'état B ;

    7 - séparation magnétique des atomes dans l'état A et l’état B ;

    8 - un détecteur compte le nombre d'atomes reçus dans l'état B ;

    9 – asservissement de la fréquence du quartz : nombre d'atomes détectés dans l'état B soit maximal.

    L’horloge atomique est un oscillateur à quartz asservi par un système atomique à jet de césium : c'est un étalon passif.

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    Horloges atomiques

    Types :

    • horloges atomiques à césium (jets de césium ou fontaines à césium)

    • masers à hydrogène  

    • horloges à cellule de rubidium, à ions mercure.

    Précision :

    • Horlogeexactitudedérive 1 secondes

    • jets thermiques au Cs6.10-152.106 années

    • fontaines atomiques de Cs ~10-1515.106 années

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    Utilisation horloges atomiques

    Horloges au césium

    - métrologie et établissement du Temps Atomique International (TAI)- navigation et positionnement (système GPS)- recherche fondamentale (géophysique, géodésie, astronomie, astrophysique

    Horloges au rubidium

      - synchronisation des réseaux nationaux et internationaux de télécommunication  - navigation et positionnement  - instrumentation de mesure

    Horloges à hydrogène

      - recherche fondamentale  - TAI  - Interférométrie à longue base (VLBI)  - Orbitographie de précision  - Métrologie

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    TU, TE et TAI

    Base de l’unité de seconde : la seconde TE 1900.

    Raccordement TU – TAI : 1er janvier 1958 à 20h U.T.

    Raccordement TE – TAI : TAI = TE + 32 s.

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    Et UTC ?

    C’est le temps légal du fuseau horaire de Greenwich, crée en 1972.

    Diffusé par les émetteurs radios.

    C’est celui de l’horloge parlante décalé d’une ou deux heures (été-hiver).

    Notre temps est un compromis

    • Il est basé sur le TAI

    • Raccordé au UT2

    UT et TAI diverge : irrégularités de UT et ralentissement de la rotation de la Terre

    De temps à autres ajustements par saut entier d’une seconde

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    UT, UTC et TAI

    L’UTC est asservi au Temps atomique, mais recalé par seconde entière au UT.

    Quand le décalage UT et UTC atteint 0,9 seconde, on décrète un saut d’une seconde à une date déterminée.

    Dernier saut de temps d'UTC : 31 décembre 2005.

    La séquence des dates repères des secondes d'UTC :

    2005 Décembre 3123h 59m 59s

    2005 Décembre 3123h 59m 60s

    2006 Janvier 1 0h 00m 00s

    TAI-UTC = 33s

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    Temps solaire moyen de Greenwich, n’a plus court

    Paramètres des fuseaux horaires

    On peut avoir des décalages avec des fractions d’heure

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    Netographie

    http://www.obs-besancon.fr/tf/equipes/vernotte/echelles/node5.html

    http://www.chez.com/tempsatomique/horlogescesium.htm

    http://www.bipm.fr/fra/5_Scientific/c_time/time_server.html

    http://www.horloge-parlante.com/fr/index.html

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    Bibliographie

    Tirée de la revue L’Astronomie de la SAF(Société Astronomique de France).

    Les observations méridiennes et la détermination de l'heure.

    Partie I. F. Boquet. Juin 1911, 251-258.

    Partie II. F. Boquet. Juillet 1911, 305-318.

    Partie III. F. Boquet. Août 1911, 350-359.

    Le temps des éphémérides. J. Kovalevsky. Septembre 1964, 321-329.

    La détermination du temps atomique. B. Decaux. Octobre 1964, 341-349.

    La définition et la mesure du temps. P. Tardy. Octobre 1964, 350-353.

    Réception des signaux horaires. Y. Requième 1967, 225-233.

    Sur les décisions prises par la commission de l'heure lors de la XVIe assemblée générale de l'U.A.I. à Grenoble en 1976. H. Enslin, Juin 1977, 253-254.

    Le temps de Greenwich. D. Howse. Avril 1978, 163-172.

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