Déterminer l’heure lunaire est crucial pour les futures missions habitées. L’Université de Neuchâtel (UNINE) vient de développer une horloge atomique ultra-miniaturisée pour résoudre ce problème. Elle a été présentée cette semaine lors d’une conférence.
Cinquante-cinq ans après le programme américain Apollo, qui a vu Neil Armstrong poser pour la première fois le pied sur la Lune, l’étoile verra bientôt plusieurs vaisseaux humains s’y poser, puis probablement des bases y être construites. Pouvoir coordonner leurs activités, communiquer (sur place et avec la Terre) et surtout se géolocaliser précisément sur la surface de Séléné, grâce à des satellites en orbite lunaire, sera d’une importance cruciale.
Pour que cela soit possible, il est nécessaire d’établir un « temps lunaire coordonné », ou LTC. En avril 2024, l’Office of Science and Technology Policy (OSTP) des États-Unis a demandé à la NASA de s’attaquer à ce problème d’ici fin 2026. Et déjà en 2023, l’Agence spatiale européenne (ESA) avait soulevé le problème.
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Selon les experts, il existe plusieurs façons de déterminer ce LTC une fois pour toutes. « Tout d’abord, nous pourrions dire que nous utilisons la même heure que celle que nous avons sur Terre, qui s’appelle UTC, le Temps Universel Coordonné », explique dans le numéro de 19h30 Patrizia Tavella, directrice du Département du Temps au Bureau international des poids et mesures (BIPM) de Paris. « Ce temps UTC est calculé avec toutes les horloges atomiques du monde, environ 400. »
Deux centièmes par an
En d’autres termes, la Lune aurait un fuseau horaire dédié, et l’heure lunaire serait calculée en ajoutant ou en soustrayant un certain nombre d’heures à l’heure GMT de Londres. Mais il y a un problème, et pas des moindres : la Lune est bien moins massive que la Terre. Elle exerce donc une force gravitationnelle plus faible que notre planète. Avec pour conséquence – surprenante mais bien réelle, et une fois formulée par Einstein dans sa théorie de la relativité générale – que le temps de deux horloges identiques s’écoule différemment sur la Lune que sur Terre.
Pour déterminer l’heure lunaire, nous prenons une horloge atomique la plus précise possible et l’installons à la surface de la Lune.
Dans ce cas, l’horloge lunaire gagnerait environ 56 millionièmes de seconde (microsecondes) par jour, soit deux centièmes de seconde par an. Une goutte d’eau dans l’océan pour tout le monde. Mais une valeur énorme quand on sait que les horloges atomiques embarquées sur les satellites de géolocalisation (type GPS) ont besoin d’une précision inférieure au milliardième de seconde, sous peine d’induire un positionnement erroné de plusieurs mètres.
Deuxième possibilité pour établir ce temps lunaire, poursuit Patrizia Tavella : « On prend une horloge atomique la plus précise possible, idéalement « parfaite », et on l’installe à la surface de la Lune et sur les satellites en orbite lunaire, pour définir ce LTC. » Un temps qui serait donc propre à la Lune, s’écoulant différemment du temps terrestre, mais servant de référence unique pour toutes les activités lunaires.
Savoir-faire neuchâtelois
C’est là qu’intervient l’Université de Neuchâtel, dont le Laboratoire Temps-Fréquence est mondialement connu depuis des décennies pour ses horloges atomiques. Certaines d’entre elles équipent déjà les satellites du système européen de géolocalisation Galileo.
« Le fonctionnement d’une horloge atomique est assez simple », explique Gaetano Mileti, directeur adjoint du laboratoire Temps-Fréquence de l’UNINE. « Nous utilisons les oscillations des atomes comme référence temporelle. »
L’horloge pourrait être utilisée dans des missions spatiales, sur des satellites lunaires, dans des bases lunaires, et éventuellement participer à la production de l’heure lunaire.
Les vibratos des atomes de rubidium, enfermés dans une minuscule cavité, sont mesurés à l’aide de faisceaux laser également générés par un appareil extrêmement miniaturisé. Pour aller dans l’espace, chaque gramme et chaque centimètre cube comptent.
“Au final, nous avons réalisé l’une des horloges atomiques les plus stables dans un si petit volume”, équivalent à celui d’un demi-carton de lait, affirme l’auteur de cette prouesse, Etienne Batori, ancien doctorant à l’UNINE et aujourd’hui chercheur. & Ingénieur de développement au Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM).
« Aujourd’hui, cette horloge est un prototype, poursuit le professeur Mileti. Il faudra le qualifier spatialement. Et puis, il pourra être utilisé dans des missions spatiales, pourquoi pas sur des satellites lunaires, dans des bases lunaires, et éventuellement participer à la réalisation d’un horaire lunaire.»
Plusieurs fournisseurs
Plusieurs autres centres de métrologie dans le monde développent également des horloges similaires, et aucune décision n’a encore été prise quant à savoir qui fabriquera les horloges lunaires. “Vous ne pouvez pas faire confiance à une seule horloge, ni même à deux”, a déclaré à CNN Cheryl Gramling, responsable de domaine au Goddard Space Flight Center de la NASA dans le Maryland. Autrement dit, il y a fort à parier que plusieurs fournisseurs d’horloges atomiques seront contactés, dont UNINE.
A terme, l’ambition américaine est de créer LunaNet, un réseau complet de satellites de communication et de navigation équipés d’horloges atomiques ultra-précises. L’Europe, de son côté, souhaite mettre en place son réseau via son initiative Moonlight.
L’échéance approche à grands pas, car Américains et Européens souhaitent retourner sur la Lune en 2026, et si possible avant la Chine et l’Inde, dont les plans lunaires se concrétisent rapidement. D’ici là, tous ces pays espèrent accepter de céder toutes leurs montres.
Olivier Dessibourg/asch
