Horloge spatiale la plus précise à lancer – et à compter pour la destruction

Un réseau de meilleures horloges de la Terre sera synchronisé avec le plus précis jamais envoyé dans l'espace. Mais l'appareil a une courte durée de conservation: il brûlera dans l'atmosphère à la fin de la décennie alors que l'ISS déorbits

L'horloge la plus précise de l'espace se lance en quelques jours et commencera à construire un réseau hautement synchronisé à partir des meilleures horloges de la terre. Mais le projet, des décennies de préparation, ne fonctionnera que pendant quelques années avant qu'il ne brûle alors que la Station spatiale internationale se désorbite à la fin de la décennie.

L'ensemble d'horloge atomique dans l'espace (ACES) est une mission de l'Agence spatiale européenne (ESA) qui générera un signal temporel avec une précision sans précédent, puis la transmettra via le laser à neuf stations au sol car elle passe au-dessus de 27 000 kilomètres par heure. Ce réseau d'horloges sera en synchronisation extrêmement étroite et fournira un chronomètre très précis dans le monde.

Le résultat est que les ACE pourront tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui dit que le temps qui passe est affecté par la force de la gravité, avec une grande précision. Il aidera également à la recherche sur tout, de la matière noire à la théorie des cordes.

ACES devrait être lancé le 21 avril à bord d'une fusée Spacex Falcon 9 du Kennedy Space Center, en Floride. Une fois à l'ISS, le bras robotique de l'agence spatiale canadienne – Canadarm2 – l'attachera à l'extérieur du laboratoire Columbus de l'ESA, où il restera dans le vide de l'espace.

Le package comprend en fait deux horloges: l'une appelée SHM a la capacité de rester stable pendant de courtes périodes, ce qui lui permettra d'aider à calibrer l'autre, appelé Pharao. Ensemble, ces horloges seront si précises qu'elles perdront moins d'une seconde sur 300 millions d'années – 10 fois plus précises que les horloges à bord des satellites GPS.

Pharao est fondamentalement modelé sur une horloge atomique à Paris qui occupe une pièce entière. Miniaturir cette technologie en quelque chose qui prend moins d'un mètre cube et peut également survivre aux rigueurs d'un lancement de fusée et d'une vie dans l'espace, n'était pas une mince affaire.

Pour générer un signal d'horloge précis, le pharao crache une fontaine d'atomes de césium refroidi à un zéro presque absolu et observe leur interaction avec les champs micro-ondes. Sur Terre, cela nécessite un appareil jusqu'à 3 mètres de haut, mais en microgravité, ces atomes peuvent être pulvérisés dans une fontaine plus lente et plus petite, ce qui lui permet d'être beaucoup plus petit.

Simon Weinberg à ESA dit que l'appareil est si sensible que le simple fait de mettre une cuillère à café à proximité pourrait créer un champ électromagnétique suffisamment fort pour détruire l'horloge. «Juste pour le dire dans son contexte, c'est mieux qu'un mille million de millions de secondes que nous essayons de mesurer ici», explique Weinberg. « C'est donc un sacré travail difficile. »

Le concept pour ACES remonte aux années 1990 et était à l'origine prévu pour le lancement sur la navette spatiale, qui a pris sa retraite en 2011. Une fois qu'il arrivera dans l'espace, le premier signal n'arrivera pas à une horloge terrestre pendant un an et demi – il faudra environ six mois pour la commander, puis un an de mesure sera nécessaire pour isoler le bruit et le supprimer du signal de l'horloge.

Après cela, les ACE fonctionneront jusqu'en 2030, après quoi l'ISS sera délibérément écrasé dans l'atmosphère de la Terre et brûlé. À ce stade, de nouvelles montres super-précis appelées horloges optiques ont probablement fait des horloges atomiques, sauf obsolètes sur Terre, bien qu'elles ne soient pas suffisamment petites ou robustes pour être utilisées dans l'espace à ce moment-là.

Weinberg dit qu'à un moment donné, l'ESA cherchera à lancer une nouvelle génération d'as pour remplacer ce qui est perdu sur l'ISS, quelle que soit la technologie la plus appropriée à l'époque. «Nous serions loin de cela, et nous devions rassembler le soutien et le financement et ainsi de suite pour nous assurer que cela s'est produit.»