Mesure ultra-précise du temps avec l'horloge atomique PHARAO

L'ensemble d'horloges ACES de l'Agence spatiale européenne (ESA) a été installé le 25 avril sur la Station spatiale internationale ISS. Parmi elles : PHARAO, une horloge atomique française ultra-précise, dont le maître-d'oeuvre est le CNES.

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( Photo: © ESA - D. Ducros )

ENGINEERINGNET.BE - PHARAO (pour Projet d'Horloge A Refroidissement d'Atomes en Orbite) a rejoint l’espace dans le cadre de la mission européenne ACES (Atomic Clock Ensemble in Space).

Cet ensemble, lancé le 21 avril 2025, a été installé avec succès le 25 avril à l’extérieur du module européen Columbus de la Station spatiale internationale (ISS).

PHARAO devient ainsi la première horloge à atomes de césium refroidis en orbite autour de la Terre et intégrée dans un réseau de comparaison de temps.

Pour atteindre son exactitude de 10-16, (cet horloge ne devrait pas dériver de plus d’une seconde sur 300 millions d’années), PHARAO met en œuvre des principes de physique avancés. Parmi ceux-ci, la manipulation et le refroidissement d’atomes par laser.

L'objectif de cette expérience de physique fondamentale est de tester les théories de la relativité d'Albert Einstein, qui ont profondément bouleversé le monde de la physique au début du XXe siècle, et  qui ont démontré l’importance du repère dans lequel les mesures de temps sont effectuées et l’influence de la gravité sur ces mesures.

Ainsi, par rapport au sol, le temps s’écoule plus vite à bord de l’ISS du fait de son éloignement plus grand du centre de la Terre (théorie de la relativité générale), mais il s’écoule plus lentement du fait de la vitesse orbitale de l’ISS (théorie de la relativité restreinte).

PHARAO permettra d’étudier l’espace-temps à partir des données de comparaisons​ de différentes horloges au sol​, développées dans les laboratoires de différents pays ​dans le monde entier.

La finalité est de contraindre les domaines de validité des différentes théories de relativité.

PHARAO pourrait aussi contribuer à la recherche d’éventuelles dérives des constantes fondamentales de la physique dans le temps et dans l’espace.

Le CNES est maître d’œuvre de PHARAO. L’intégration et les tests du modèle de vol de PHARAO ont eu lieu au Centre spatial de Toulouse.