La mesure du temps: UlI1e - University of Neuchâtel · Aula des Jeunes Rives, 25 novembre 2016 ......

La mesure du temps: evolution historique,recherche et applications actuelles

•UlI1eUNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Gaetano MiletiLaboratoire Temps - Fréquence (LTF)

Institut de Physique, Faculté des Sciences

Université de Neuchâtel, Suisse

G. MiletiLaboratoire Temps - Fréquence (LTF)

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LABORATOIRE TEMPS - FRÉQUENCE (LTF)•UlI1e

UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

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•UlI1ePROJETS ET COLLABORATIONS DU LTF UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Depuis 2007: - 80 projets de recherche (> 20 Mio. CHF de « Fonds de Tiers» pour le LTF)Dont presque la moitié (35) en collaboration avec des partenaires locaux.

Sources de financements:

-- FLRH, ASRH-- Projets CTI (y c.EURIPIDES)-- Projets FNS

(y c. R'Equip, Sinergia, NanoTera)

-- Projets EU (FP5-FP7, INTAS, etc.)-- Autres programmes SSO/SEFRI-- Projets ESA

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•UlI1eCOLLABORATIONS INTERNATIONALES UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

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".CSTUnl·Bi,.."ingh• •Eblana • NP

ynI·V'a~

UniCNES.

Partenaires de recherchePartenaires industriels

Consortium STE·QUEST Atomic cteck

ModulightORC

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SUJET ET PLAN DE L'EXPOSÉ•UlI1e

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Sujet de l'exposé:

PIus exactement:

A quoi ça sert?

Introduction (historique et applications).

Exemples de recherches:Horloges à jet de CésiumMasers à HydrogènePeignes et étalons optiquesHorloges à vapeur de RubidiumMiniaturisation

La mesure du temps.Instruments qui « mesurent le temps» de manière très préciseGarde-temps. Horloges atomiques.

Instruments qui mesurent des intervalles de tempsétalons de fréquence. Fréquence = 1/ Période ou f = 1/ T

heure exacte, position exacte, synchronisation de réseaux, etc.

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•UlI1ePÉRIODE ET FRÉQUENCE D'UN OSCILLATEUR UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

OscillationPhénomène périodique

Fréquence f --

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2 -

2 ms Période1.5 -

1

0.5

oo 10

-0.5 - t (ms)·1 -

1 1- 500Hz- -T 0.002

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•UlI1eA QUOI ÇA SERT. QUELLE HEURE EST-IL? UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Quelques souvenirs de l'Observatoire Cantonal de Neuchâtel

750

850

A. L. BreguetF. Berthoud

C. E. GuillaumeG. MiletiLaboratoire Temps - Fréquence (LTF)

1883 A. Hirsch

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POSITION EXACTE. OÙ SUIS-JE?•UlI1e

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Détermination de lalongitude en mer:

1 seconde d'erreur-500 m d'erreur(à l'équateur)

Positionnement parsatellite:

1 nano seconde d'erreur(0.000'000'001 s)-30 cm d'erreur

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SYNCHRONISATION. SUIS-JE CONNECTÉ?•UlI1e

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Réseaux de télécommunication et dedistribution d'énergie «intelligents»:

ont besoin d'une synchronisation àenviron 1microseconde

(0.000'0001 s)

4G LTE base stations:Phase time synchronization for online TDDand MBSFN

POWER Smart Grid:1 µsecond synch of Phase Measurement Units

~ Base-station with PTP GPS-based PTP GrandmasterIl~ve and MAC-TFC

I~/fiHigh jitter rejectionHoldover » 24 h

To OpticalIPCoreNetwark

Holdover » 24 h

I~(r,»)I~

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RECHERCHE SCIENTIFIQUE•UlI1e

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Motivation? Besoin (parfois vital) et curiosité.Domaine? En constante évolution!

Rotation de la Terre .

Précisionen

secondespar jour

10 ps

Horloges 100 psatomiques

(1950)Maser à

hydrogène,Jet au césium,

Vapeur de rubidium

1 ns

10 ns

Horlogesà quartz

(1930)

1µS

1ms

de marine (1750) 15Harrison

Pendule de Huygens (1650) 105pendule

Horloges de tour (1300)balancier à verge et foliot

10005

-3000 -1500 -170 800 1300 1600 1700 1900 2000

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TEMPS ASTRONOMIQUE (ET OSCILLATEURS MÉCANIQUES)

Observatoire de Neuchâtel (1858 - 2007)

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•UlI1eUNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Oscillateurs mécaniques(garde-temps)

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TEMPS ATOMIQUE (ET OSCILLATEURS À QUARTZ)

Observatoire de Neuchâtel (1858 - 2007)

Atome(nouvelleréférence)

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•UlI1eUNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Oscillateurs à quartz(nouveaux garde-temps)

Ali) ~~(

12

•UlI1ePRINCIPE D'UNE HORLOGE ATOMIQUE UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Excitation desatomes (résonance

magnétique)Référence pourl'utilisateur del'horloge

Atomes(élément

régulateur)

Oscillateur àquartz

Détection etcorrection du

quartz

Définition dans le système SI

La seconde est la durée de 9 192 631 770périodes du rayonnement correspondant à latransition entre les deux niveaux hyperfins del'état fondamental du césium 133 (1967)

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F=4

F=3

Fréquence Vo_ E2 -El

h==9192631770Hz

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HORLOGES ATOMIQUES•UlI1e

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Résonance magnétique

3 familles d'horlogesatomiques commerciales:césium, Masers, rubidium.

Environ 15 types d'horlogesatomiques expérimentaleset/ou pour la recherche

Multiplicateur Sélecteur Bd'électrons

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Cavité de Ramsey Sélecteur A Sourcede césium

Horloge à jet de Césium

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HORLOGE AVEC POMPAGE OPTIQUE LASER•UlI1e

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Pompage optique

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Détection

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•UlI1eFONTAINE PRIMAIRE A ATOMES FROIDS UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

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HORLOGES A ATOMES FROIDS DANS L'ESPACE

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•UlI1eUNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

Atomic Clock Ensemble in Space

......................

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PEIGNES ET ÉTALONS OPTIQUES•UlI1e

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Facteur de qualité: proportionnel à la fréquencede resonance

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•UlI1eHORLOGE ATOMIQUE À VAPEUR DE RUBIDIUM UNIVERSITÉ DENEUCHÂTEL

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SYSTÈME EUROPÉEN DE NAVIGATION•UlI1e

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MINIATURISATION•UlI1e

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•111119MERCI POUR VOTRE ATTENTION UNIVERSITÉ DE

NEUCHÂTEL

Prof. Gaetano MiletiGaetano.Mileti@unine.chLaboratoire Temps - Fréquence (LTF)http://www2.unine.ch/cms/lang/fr/pid/4058

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