Des horloges ultra précises battent au cœur de Galileo

Galileo constellation
10 mai 2007

Depuis l’avènement des chronomètres de marine au dix-huitième siècle, les voyageurs disposent d’outils de navigation précis. À l’instar des appareils d’hier, Galileo, le système de navigation européen du vingt-et-unième siècle, repose lui aussi sur des horloges, mais celles-ci sont des millions de fois plus précises.

Les satellites opérationnels de la constellation Galileo embarqueront deux types d’horloges : des masers à hydrogène passif et des horloges atomiques au rubidium. Plus précisément, chaque satellite sera équipé de deux masers à hydrogène dont l’un servira de référence principale pour la génération des signaux de navigation tandis que le second sera utilisé en redondance passive.

Chaque satellite opérationnel emportera également deux horloges au rubidium. La première, utilisée en redondance active (ce qui signifie qu’elle fonctionnera en permanence), prendra immédiatement la relève du maser à hydrogène en service en cas de panne de ce dernier, ce qui permettra d’éviter toute interruption dans la génération du signal. La seconde horloge au rubidium sera utilisée en redondance passive.

GIOVE-A, le satellite de validation en orbite du système Galileo actuellement en service, comporte deux horloges au rubidium utilisées l’une en redondance active et l’autre en redondance passive.

Passive hydrogen maser under test
Passive Hydrogen Maser under test

GIOVE-B, dont l’entrée en service est prévue en cours d’année, emportera un maser à hydrogène et deux horloges au rubidium de secours (utilisées l’une en redondance active et l’autre en redondance passive). Le satellite GIOVE-A2, qui sera prêt pour le lancement au second semestre 2008 embarquera une charge utile de mesure du temps similaire à celle de GIOVE-A, mais transmettra des signaux de navigation supplémentaires.

Les masers à hydrogène passif de Galileo assureront une stabilité de l’ordre de la nanoseconde (soit un milliardième de seconde) par 24 heures, ce qui équivaut à perdre ou gagner une seconde tous les 2,7 millions d’années. Les horloges au rubidium fournissent pour leur part une précision de 10 nanosecondes par jour. À titre de comparaison, un bracelet-montre numérique ordinaire présente une précision d’environ une seconde par jour.

Cela signifie donc que les horloges masers à hydrogène passif de Galileo seront environ un milliard de fois plus précises qu’une montre classique.

Une indispensable précision

GIOVE-B in orbit (artist's impression)
GIOVE-B in orbit (artist's impression)

Conceptuellement, les utilisateurs de Galileo détermineront leur position en mesurant le temps que les ondes radio transmises par les satellites de la constellation Galileo mettront pour les atteindre. Les ondes radio se propagent à environ 300 000 km par seconde, ce qui équivaut à couvrir une distance de 30 centimètres en une nanoseconde. Afin d’offrir une précision de navigation de l’ordre du mètre, les mesures de temps de Galileo doivent donc être effectuées avec une précision de l’ordre de la nanoseconde.

Par ailleurs, cette précision extrême nécessaire pour la navigation par satellite pourra être exploitée à d’autres fins et permettra notamment à Galileo d’offrir des services de référence de temps précis utilisables, par exemple, pour l’horodatage des transactions financières.

Galileo est une initiative conjointe de l’ESA et la Commission européenne. Lorsqu’il sera entièrement déployé, dans les premières années de la prochaine décennie, ce système sera le premier système civil de navigation par satellite à offrir une couverture mondiale.

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