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© Illustration J.Vouillon/CNES

Illustration artistique de Pharao, futur horloge atomique la plus fiable du monde

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Pharao vient de franchir une nouvelle étape. Au Cnes de Toulouse, on achève en effet l'assemblage de la maquette d'ingénierie, prototype de l'instrument définitif. Cette expérience scientifique impressionnante cherche à réaliser dans l'espace l'horloge atomique la plus fiable du monde. Pourquoi ? Parce que les physiciens ont besoin de vérifier certains principes de la relativité générale, comme celui qui postule la stabilité des constantes fondamentales. Des tests vraiment indispensables pour mieux comprendre les lois qui régissent notre monde.

Si tout se déroule comme prévu, d'ici 2007, Pharao devrait avoir rejoint la Station spatiale internationale (ISS) et commencé à mesurer le temps avec une exactitude telle qu'elle ne perdra qu'une seconde toutes les 300 millions d'années, contre 50 millions actuellement pour les meilleurs instruments terrestres ! Financée depuis 1993 par le CNES, la mission Pharao (Projet d'Horloge atomique par refroidissement d'atomes en orbite) a été proposée par le Laboratoire Kastler Brossel de l'école normale supérieure et celui du BNM-SYRTEde l'Observatoire de Paris, deux unités associées au CNRS. Cheville ouvrière du programme ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) de l'ESA¹, lequel associe d'autres instruments embarqués, dont un maser à hydrogène², mis au point à l'observatoire de Neuchâtel (Suisse), Pharao va tester, durant dix-huit mois en orbite, un nouveau type d'horloge atomique associant atomes ultra-froids et microgravité.  Connues depuis les années 50, les horloges atomiques traditionnelles égrènent leurs secondes en asservissant la fréquence d'un oscillateur à quartz à celle fournie par des atomes de césium. Or la précision de cesappareils dépend à la fois de la vitesse des particules et de la gravité. D'où l'idée de ralentir ces atomes en les projetant vers le haut dans des « fontaines atomiques » terrestres ou plus radicalement de s'affranchir de la pesanteur en plaçant les horloges dans des satellites. C'est ce que tentera de faire Pharao, pour la première fois. Cet instrument sera doté d'un dispositif laser permettant de créer une « mélasse optique » au sein de laquelle les atomes seront refroidis et ralentis jusqu'à la vitesse de l'escargot, 7 millimètres par seconde ! Grâce à ce système, l'horloge mesurera la seconde jusqu'à seize chiffres derrière la virgule. Une précision encore jamais atteinte à ce jour.

Vahé Ter Minassian