Secondes intercalaires : quoi, pourquoi, quand et comment ?
Lorsque la seconde était définie par la rotation de la Terre sur
elle-même, les astronomes étaient chargés de mener les observations qui
permettaient d’étalonner les horloges construites par l’homme. Il
suffisait de diviser en 86400 parties égales la durée du jour solaire
moyen pour obtenir une durée, base du temps universel (TU ou UT), qui était alors
la réalisation de la seconde de temps du système international de
mesures [1].
Mais des irrégularités de cette rotation (et notamment une décélération
séculaire dûe aux interactions -effets de marée- avec la Lune),
furent mises en évidence dès les années 1930.
Pour éliminer ces irrégularités de l’unité de temps et prendre acte des
progrès considérables accomplis par les horloges atomiques depuis les années
1950, la définition de la seconde fut définitivement déconnectée des mouvements de la
Terre en 1967, et fut ancrée au coeur de la matière
en prenant pour référence les propriétés quantiques des couches électroniques de l’atome de
césium. Le gain en stabilité, d’un facteur 1 million, fut
spectaculaire.
Mais le temps universel (qui, sans rentrer dans la distinction entre temps solaire
vrai et temps solaire moyen, assure que lorsque le soleil culmine il n’est ni minuit, ni 6 heures du matin ni 6 heures du soir mais bel et bien midi) continue bien entendu à subir le ralentissement terrestre. Il en
résulte une lente dérive entre le temps atomique ultra stable et le
temps universel, certes plus instable, mais discret
ordonnateur de toute activité humaine.
Concilier la stabilité du temps atomique et notre attachement naturel au temps universel est la
tâche que remplissent les secondes intercalaires, en limitant à 0,9 seconde au
plus l’écart entre le temps atomique et le temps universel.
On construit ainsi le temps universel coordonné UTC, qui est à la base du temps légal d’un
grand nombre de pays dans le monde.
Le temps atomique international TAI est établi par le
BIPM
à partir de
plus de 200 horloges atomiques du monde entier ; le temps universel TU
est établi par l’IERS par la détermination de l’orientation de la terre
dans l’espace. En fonction de ces résultats, l’IERS décide de l’insertion d’une seconde intercalaire s’il estime qu’elle est nécessaire pour maintenir à coup sûr l’écart entre UTC et TU en-dessous de 0,9s.
En résumé, UTC différe du TAI par un
nombre entier de secondes et de TU par un écart inférieur à 0,9s (voir le graphique), ce qui
lui permet d’être en accord à la fois avec les atomes et avec les
astres. Il hérite ainsi à la fois de la stabilité du TAI
et de l’universalité du TU.
Évolution de l’écart entre le temps universel et le temps universel coordonné (source iers : http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/)
Cette figure montre l’évolution de l’écart (en millisecondes) entre le temps universel UT1 et le temps universel coordonné UTC. On y voit clairement l’alternance des périodes d’évolution naturelle de UT1, entrecoupée de changements abrupts correspondant à l’insertion d’une seconde intercalaire. On y distingue également une période de 1992 à 1999 où les secondes intercalaires se succèdent relativement rapidement, puis la période de 1999 à 2005 sans secondes intercalaires. Le ralentissement de la rotation terrestre a donc été compensé (naturellement) pendant cette dernière période par des phénomènes physiques autres que les interactions avec la Lune
A la date de l’instauration des secondes intercalaires en 1972, l’écart
entre TAI et UTC était de 4,213... secondes ; il fut alors réinitialisé
conventionnellement à exactement 10 secondes. Depuis, 22 secondes intercalaires
ont été introduites, amenant l’écart entre UTC et TAI à sa valeur
actuelle de 32 secondes, 33 secondes à partir du 1er janvier 2006. Il
s’écoule typiquement 18 mois en moyenne entre 2 secondes intercalaires ;
la période de 7 ans qui vient de
s’écouler sans insertion de seconde est exceptionnelle et résulte de la compensation temporaire du ralentissement de la
rotation terrestre par des effets à plus court terme dont les causes,
multiples, sont plus ou moins bien identifiées.
Faut-il abolir les secondes intercalaires ?
La question est à fort potentiel polémique et elle secoue le microcosme de la métrologie du temps depuis plusieurs années ;
la fièvre est remontée significativement ces derniers mois avec une proposition
américaine de supprimer les secondes intercalaires pas plus tard qu’en
2007. Sans entrer dans les détails des motivations des uns et des
autres, et au-delà des aspects commerciaux, politiques voire
diplomatiques en jeu, voici quelques considérations permettant de
comprendre ce qui est en jeu sur le plan technique, scientifique voire
philosophique.
Concrêtement et pour simplifier, l’application des secondes intercalaires
garantit l’existence d’un lien solide et constant (à 0,9s près) entre le temps et l’orientation de la terre. Le concepteur d’un système donné traduit cela en posant comme hypothèse de travail "si je connais le temps, je connais l’orientation de la terre par rapport aux étoiles et réciproquement".
L’abandon des secondes intercalaires rendrait caduc tout système qui fait
cette hypothèse, et ils sont sans doute nombreux et difficiles à
répertorier de manière exhaustive : l’identité entre temps et orientation
de la terre est implicitement présente dans bon nombre de systèmes sans
que leurs utilisateurs voire leurs concepteurs en soient bien
conscients. La simple nécessité de recenser les problèmes à résoudre
rend extrêmement aventureuse toute décision de supprimer les secondes
intercalaires avant un minimum de 5 à 10 ans.
Néanmoins, cet aspect technique, s’il n’est bien évidemment pas à négliger,
ne constitue pas en soi une objection de fond à l’abandon des secondes
intercalaires.
D’un autre côté, si l’on souhaite maintenir les secondes intercalaires,
le caractère imprévisible de leur survenue (au-delà de 6 mois, on ne
sait pas prévoir précisément ce que sera la rotation de la terre)
nécessite la mise en place de
procédures spécifiques qui permettent à un système donné de suivre UTC
en toutes circonstances, même pendant une seconde
intercalaire, aussi rares ces événements soient-ils.
Paradoxalement c’est sans doute leur rareté qui fait que
la gestion des secondes intercalaires est trop peu souvent traitée de
manière rationnelle et cohérente par les développeurs de systèmes qu’ils
soient logiciels ou matériels : les occasions de tester en conditions réelles les solutions mises en œuvre sont bien trop rares. Mais là encore, ces problèmes techniques ne sont certainement pas si complexes à résoudre qu’on puisse les produire à charge contre le principe des secondes intercalaires.
Étant établi d’une part que la gestion correcte des secondes
intercalaires ne nécessite guère plus que de la
rigueur, mais que d’autre part il n’y a pas de réelle objection scientifique à l’abandon des secondes intercalaires, le problème quitte son statut scientifique pour devenir une question politique qui conduit à mettre en balance les conséquences de chacune des deux
options : d’un côté, consentir l’effort de rigueur technique qu’impose la gestion correcte d’UTC
et de ses secondes intercalaires ; de l’autre, abandonner le lien multi-millénaire qui lie le temps des hommes à leur planète.
On l’aura compris, il ne nous semble pas qu’on puisse se satisfaire d’un tel abandon sous la seule justification d’une paresse technique difficilement excusable.
Contact
francois.meyer at obs-besancon.fr
Liens
L’annonce officielle de la seconde intercalaire de décembre 2005 :
http://hpiers.obspm.fr/eoppc/bul/bulc/bulletinc.dat
Quelques explications complémentaires :
http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/earthor/utc/leapsecond_fr.html
Historique de l’écart UTC-TAI :
http://hpiers.obspm.fr/iers/bul/bulc/UTC-TAI.history
En anglais, un site de référence sur la question des secondes intercalaires :
http://www.ucolick.org/ sla/leapsecs/
A voir
Si vous n’avez rien d’autre à faire à ce moment-là : le premier janvier 2006, le tout nouvel afficheur de l’observatoire de Besançon suspendra son vol pendant une
seconde supplémentaire à 00h59m59s, temps légal français.
