Pharao : horloge atomique très haute précision

Mesurer le temps avec une précision inégalée

Illustration artistique de Pharao, futur horloge atomique la plus fiable du monde © Illustration J.Vouillon/CNES

La mesure du temps est une question essentielle depuis… la nuit des temps. Elle est basée sur l’observation d’un phénomène régulier et répétitif qui permet de caractériser des durées égales.

Embarquée dans l’ISS à l’horizon 2013 dans le cadre du projet européen ACES*, Pharao est une horloge atomique qui mesurera le temps avec une exactitude et une stabilité jamais atteintes à ce jour : elle ne perdra qu’une seconde toutes les 300 millions d’années.
Une belle performance si on la compare aux horloges terrestres qui elles, perdent une seconde toutes les 50 millions d’années !

Première mondiale, Pharao utilise pour atteindre cet objectif des atomes froids de césium. Elle mesure le temps à partir des transitions subies par les atomes lorsqu’ils interagissent en résonance avec une vibration micro-onde.

Pharao associe la micropesanteur et des techniques de refroidissement d’atomes de césium par laser.

Le fonctionnement d’une horloge atomique repose en effet sur sa capacité à maîtriser au mieux la vitesse des atomes.

Or la mesure le temps est d’autant plus précise que cette vitesse est lente.
Par ailleurs, la vitesse des atomes est influencée par la pesanteur. Une contrainte dont Pharao s’affranchit en étant placée en orbite : les atomes sont ainsi ralentis jusqu’à la vitesse de l’escargot.

Une horloge d’une telle précision trouve de nombreuses applications en physique fondamentale.
Elle servira entre autres à vérifier certains principes de la théorie de la relativité générale avec une précision jamais atteinte.

Pharao est l’élément central de la mission européenne ACES constitué de plusieurs horloges atomiques.
Développée par les laboratoires scientifiques français** sous maîtrise d’œuvre du CNES, elle sera installée pendant 18 mois à l’extérieur du module européen Columbus de l’ISS.

* ACES : Atomic Clock Ensemble in Space
** Laboratoires Syrte à l’Observatoire de Paris et LKB à l’Ecole Normale Supérieure

Instrument Pharao (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite)
Initiateur	CNES
Statut	En cours de développement
Participants	CNES, ESA (programme ACES)
Objectif	Mesurer le temps avec une précision de 10^-16(contre 10^-15 pour les horloges atomiques actuelles)
Lancement	2013