Qui définit l'heure du monde ?

L'Horloge universelle (Weltzeituhr) de l'Alexanderplatz, à Berlin. Photographie de Diego Delso, delso.photo, licence CC BY-SA 4.0 (recadrée).

Nous réglons notre montre sur le téléphone, le téléphone se règle sur le réseau, et le réseau se règle sur… qui, au juste ? Personne, à lui seul, ne « commande » l'heure. Il existe un système international de laboratoires, de satellites et de traités — et il vaut la peine de le connaître de l'intérieur, surtout quand on vit de la mesure du temps.

Du Soleil à l'atome

Pendant des millénaires, l'heure a été une affaire locale : il était midi quand le Soleil passait au méridien de chaque lieu, et entre Lisbonne et Porto il y avait environ deux minutes d'écart. Le chemin de fer et le télégraphe ont rendu cela intenable. En 1884, la Conférence internationale du méridien, à Washington, a réuni 25 pays et choisi Greenwich comme méridien zéro ; le temps moyen de Greenwich (GMT) est devenu la référence du monde.

Cette référence restait la rotation de la Terre, mesurée par les astronomes. Les horloges n'étaient que les gardiennes de l'heure entre deux observations : le pendule de Huygens (1656), puis le quartz (1927), si régulier qu'il a commencé à révéler les irrégularités de la planète elle-même. En 1955, Louis Essen et Jack Parry ont mis en service, au laboratoire britannique NPL, la première horloge à césium fiable. Dès lors, l'étalon n'était plus dans le ciel.

Christiaan Huygens (1629–1695), inventeur de l'horloge à pendule et du ressort spiral du balancier. Portrait de Caspar Netscher, 1671. Image : Wikimedia Commons (domaine public).

La seconde : 9 192 631 770 oscillations

Jusqu'en 1960, la seconde était la 1/86 400 partie du jour solaire moyen. Cette année-là, elle est devenue une fraction de l'année 1900 — la « seconde des éphémérides », plus stable mais impossible à mesurer au quotidien. En 1967, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) a adopté la définition atomique : la seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation de la transition hyperfine du césium 133. Lors de la révision du Système international de 2019, la formulation a changé — on fixe la valeur de la fréquence — mais le nombre est le même.

Ce nombre n'est pas arbitraire : il a été mesuré entre 1955 et 1958 pour que la seconde atomique coïncide avec celle des éphémérides, qui reflétait elle-même la durée du jour vers 1820. Depuis, la Terre a ralenti, et le jour réel compte aujourd'hui une à deux millisecondes de plus que 86 400 secondes atomiques. C'est de ce petit écart que naît le problème des secondes intercalaires.

Les meilleures horloges à césium actuelles sont des « fontaines » : une poignée d'atomes refroidis par laser jusqu'à presque le zéro absolu est lancée un mètre vers le haut et traverse deux fois une cavité micro-onde, à la montée et à la descente. On ajuste la fréquence des micro-ondes jusqu'à ce que le plus grand nombre d'atomes change d'état ; cette fréquence est la seconde. Une fontaine à césium ne dévie pas d'une seconde en plus de cent millions d'années.

Le NIST-F2, fontaine à césium du NIST (États-Unis), l'un des étalons primaires qui étalonnent l'heure mondiale. Image : NIST / Wikimedia Commons (domaine public).

TAI : une horloge faite de papier

Une seconde bien définie ne suffit pas : il faut les compter sans arrêt et d'une manière que tous acceptent. Cette tâche revient au BIPM — Bureau International des Poids et Mesures —, créé par la Convention du Mètre de 1875 et installé à Sèvres, aux portes de Paris.

Le Pavillon de Breteuil, à Sèvres, siège du Bureau International des Poids et Mesures. Image : Wikimedia Commons.

Le BIPM n'a pas d'horloge maîtresse. Il a les données d'environ 450 horloges atomiques, entretenues dans environ 80 laboratoires du monde entier.

Les laboratoires comparent leurs horloges entre eux par l'intermédiaire des satellites de navigation et de liaisons bidirectionnelles par satellite de télécommunications, et envoient les résultats à Sèvres. Le BIPM calcule une moyenne pondérée — chaque horloge pèse selon sa stabilité, avec un plafond pour qu'aucune ne domine — et corrige le rythme de cette moyenne avec les mesures des étalons primaires, les fontaines à césium. Le résultat est le Temps atomique international (TAI), compté sans interruption depuis le 1er janvier 1958.

Le TAI est donc une « horloge de papier » : aucun cadran ne l'affiche, et il n'est connu qu'une fois les calculs faits. En temps réel, chaque laboratoire entretient sa propre approximation, désignée UTC(k) — UTC(PTB) en Allemagne, UTC(NIST) aux États-Unis, UTC(IPQ) au Portugal. Chaque mois, la Circulaire T du BIPM publie de combien chacune s'est écartée de la référence, de cinq jours en cinq jours ; une solution rapide, l'UTCr, paraît chaque semaine. Les meilleurs laboratoires se maintiennent à quelques nanosecondes.

Il faut encore compter avec Einstein. Le temps s'écoule plus vite là où la gravité est plus faible : pour chaque mètre d'altitude, une horloge avance d'environ une partie sur 10¹⁶. Une horloge à Boulder, dans le Colorado, à 1600 mètres, marche mesurablement plus vite qu'une autre identique au bord de la mer, et toutes les contributions au TAI sont corrigées pour le niveau moyen de la mer.

UTC : l'heure civile

Le TAI ignore la Terre. L'heure que nous utilisons, l'UTC — Temps universel coordonné —, est le TAI ajusté par secondes entières pour suivre la rotation de la planète. Il existe sous sa forme actuelle depuis le 1er janvier 1972, date à laquelle il a démarré avec 10 secondes d'écart ; il y en a 37 aujourd'hui. Le sigle est un compromis entre l'anglais (CUT) et le français (TUC). Le GMT survit comme nom de fuseau horaire ; son héritier scientifique est l'UT1, l'heure donnée par l'orientation réelle de la Terre.

Chaque État choisit ensuite son décalage par rapport à l'UTC. Les fuseaux vont d'UTC−12 à UTC+14, et la Chine, qui en traverserait cinq, n'en utilise qu'un. Au total, près de quatre dizaines d'heures locales sont en vigueur, car toutes ne diffèrent pas de l'UTC d'un nombre entier d'heures.

L'Inde et le Sri Lanka utilisent UTC+5:30 ; l'Iran, UTC+3:30 ; l'Afghanistan, UTC+4:30 ; le Myanmar, UTC+6:30 ; le centre de l'Australie, UTC+9:30 ; Terre-Neuve, au Canada, UTC−3:30. Et il existe des décalages de 45 minutes : le Népal (UTC+5:45) et les îles Chatham, en Nouvelle-Zélande (UTC+12:45).

Les raisons sont de trois ordres. Géographiques : quand le centre d'un pays se trouve à mi-chemin entre deux fuseaux, la demi-heure rapproche l'horloge du Soleil. L'Inde, au lieu de se diviser en deux fuseaux, a choisi le méridien de 82,5° Est ; l'Iran suit le méridien proche de Téhéran. Historiques : Terre-Neuve se réglait déjà sur l'heure solaire de sa capitale quand elle était un dominion distinct du Canada, et elle l'a conservée. Politiques : le Népal a fixé son heure sur le méridien d'une montagne à l'est de Katmandou, ce qui le place à 15 minutes de l'Inde ; le Venezuela a retardé ses horloges d'une demi-heure en 2007 et a annulé la mesure en 2016 ; la Corée du Nord a créé en 2015 l'« heure de Pyongyang », une demi-heure derrière Séoul, et l'a abandonnée en 2018.

Les fuseaux horaires du monde, tous définis par rapport à l'UTC. Image : CIA World Factbook / Wikimedia Commons (domaine public).

Tous les systèmes ne suivent pas l'UTC. L'heure des satellites GPS a été réglée en 1980 et n'a jamais reçu de secondes intercalaires : elle a aujourd'hui 18 secondes d'avance, et c'est le récepteur qui fait la conversion.

La Terre, horloge imparfaite

À long terme, la Terre ralentit : le frottement des marées, provoqué par la Lune, allonge le jour d'environ deux millisecondes par siècle. À court terme, elle est imprévisible. Le noyau liquide, les vents, les courants océaniques et la fonte des glaces redistribuent la masse et modifient la vitesse de rotation ; le séisme du Japon de 2011 a raccourci le jour de 1,8 microseconde.

Sans correction, dans quelques milliers d'années, le midi des horloges ne coïnciderait plus avec le Soleil au zénith.

La Terre, l'horloge originelle — et imparfaite. « The Blue Marble », photographiée par l'équipage d'Apollo 17 en 1972. Image : NASA / Wikimedia Commons (domaine public).

C'est l'IERS — International Earth Rotation and Reference Systems Service —, en fonction depuis 1988, qui surveille la rotation. Il mesure l'orientation de la planète avec des radiotélescopes pointés sur des quasars lointains, avec des tirs laser sur des satellites et sur la Lune, et avec les réseaux de navigation par satellite. La règle en vigueur oblige l'UTC à rester à moins de 0,9 seconde de l'UT1. Quand la limite approche, l'IERS annonce, six mois à l'avance, une seconde intercalaire : la dernière minute du 30 juin ou du 31 décembre compte alors 61 secondes. C'est arrivé 27 fois, la dernière le 31 décembre 2016, et il est déjà confirmé qu'il n'y en aura pas à la fin de 2026.

23:59:60 — le rare instant d'une seconde intercalaire. Image : Wikimedia Commons.

La fin de la seconde intercalaire

Une minute de 61 secondes, annoncée avec six mois de préavis et impossible à prévoir à terme, est un cauchemar pour les logiciels. En 2012, elle a fait tomber des sites et le système d'enregistrement d'une compagnie aérienne ; en 2017, elle a touché l'un des plus grands réseaux de distribution d'internet. Les grandes entreprises technologiques se sont mises à « diluer » la seconde supplémentaire sur plusieurs heures, chacune à sa manière — ce qui signifie que, ces jours-là, plusieurs heures légèrement différentes circulent.

Entre-temps, la Terre a pris tout le monde à contre-pied : depuis 2020 elle tourne plus vite, avec un record en juillet 2024, quand un jour a duré 1,66 milliseconde de moins que 86 400 secondes. Si la tendance se poursuit, il faudra une seconde intercalaire négative — une minute de 59 secondes —, ce qui n'a jamais été fait ni testé. Le BIPM estime à environ 30 % la probabilité que cela se produise d'ici 2035.

En 2022, la CGPM a décidé d'élargir la tolérance entre UT1 et UTC d'ici 2035. Le calendrier vient d'être avancé : la 28e CGPM, prévue du 13 au 15 octobre 2026, à Versailles, vote une proposition qui fixe l'écart maximal à 3600 secondes — une heure — et prévoit un UTC continu à partir du 20 mai 2027. Si elle est approuvée, il n'y aura plus de secondes intercalaires pendant plusieurs siècles, et l'heure civile cessera, pour la première fois, d'être arrimée au mouvement de la planète.

La prochaine seconde — et l'heure de la Lune

Le césium a un successeur en vue. Les horloges optiques utilisent des atomes de strontium ou d'ytterbium, qui oscillent à la fréquence de la lumière visible — des centaines de térahertz, des dizaines de milliers de fois au-dessus du césium — et découpent le temps en tranches bien plus fines. Les meilleures atteignent des incertitudes d'une partie sur 10¹⁸ : elles ne perdraient pas une seconde sur tout l'âge de l'Univers, et sont sensibles à une différence d'altitude d'un centimètre. La même conférence d'octobre discute la feuille de route pour redéfinir la seconde, avec une proposition formelle prévue pour 2030.

À l'ordre du jour figure aussi une échelle de temps de référence pour la Lune. Avec une gravité plus faible, une horloge à la surface lunaire avance d'environ 56 microsecondes par jour par rapport à une horloge sur Terre — sans importance pour un astronaute, décisif pour un système de navigation.

Comment l'heure arrive au poignet

• Satellites. Chaque satellite GPS ou Galileo embarque des horloges atomiques et diffuse son heure. Une erreur d'une nanoseconde équivaut à 30 centimètres sur la position, si bien qu'un récepteur ordinaire est synchronisé à moins d'une microseconde.

• Radio grandes ondes. L'émetteur allemand DCF77 (77,5 kHz, près de Francfort) règle les horloges « radio-pilotées » européennes dans un rayon d'environ 2000 km, limite à laquelle se trouve le Portugal. Le Royaume-Uni, les États-Unis et le Japon ont des émetteurs équivalents.

• Internet. Le protocole NTP, de 1985, synchronise ordinateurs et téléphones en cascade à partir de serveurs reliés à des horloges atomiques, avec des erreurs de l'ordre de la milliseconde.

• Fibre optique. Laboratoires, bourses et opérateurs de télécommunications utilisent des liaisons dédiées, avec une précision inférieure à la microseconde.

Beaucoup de choses en dépendent sans qu'on le remarque : les réseaux mobiles, le réseau électrique, la navigation. Dans l'Union européenne, les plateformes de négociation à haute fréquence sont tenues d'horodater chaque ordre avec un écart maximal de 100 microsecondes par rapport à l'UTC.

Et au Portugal ?

L'heure légale est une décision de chaque État, mais cette décision se résume à choisir le décalage par rapport à l'UTC et les dates du changement d'heure — ces dernières harmonisées au niveau européen.

Le Portugal ne fixe pas la référence mondiale de temps : il définit son heure légale sur la base de l'UTC, établi au niveau international.

Il n'en a pas toujours été ainsi. Jusqu'à la fin de 1911, l'heure légale se réglait sur le méridien de l'Observatório Astronómico de Lisboa, 36 minutes et 44 secondes derrière Greenwich ; le 1er janvier 1912, les horloges du pays ont été avancées d'autant. L'heure d'été est arrivée en 1916. À deux reprises, entre 1966 et 1976 et entre 1992 et 1996, le Portugal s'est aligné sur l'heure d'Europe centrale, et à deux reprises il a fait marche arrière, après des hivers où le Soleil se levait après neuf heures. Depuis 1996, le continent et Madère utilisent UTC en hiver et UTC+1 en été ; les Açores, une heure de moins. Le changement a lieu le dernier dimanche de mars et le dernier d'octobre, et la proposition européenne de 2018 visant à y mettre fin reste au point mort.

Un pays sans gardien de l'heure

Ce que fait chaque pays, c'est réaliser l'heure, la conserver et la distribuer. Au Portugal, cette mission est revenue dès 1878 à l'Observatório Astronómico de Lisboa, que la loi chargeait du service de l'heure légale, avec une Comissão Permanente da Hora fonctionnant auprès de lui. L'Observatoire a reçu sa première horloge atomique dans les années 1980 et a renouvelé son équipement en 2001.

Ce qui a failli, c'est l'organisation, non la technique. En 2013, avec la fusion des deux universités de Lisbonne, l'Observatoire est passé sous la tutelle du Museu Nacional de História Natural e da Ciência, tourné vers le patrimoine ; le service de l'heure s'est retrouvé sans maître et a été assuré tant bien que mal par du personnel de la Faculdade de Ciências. En 2022, un décret-loi a été annoncé pour le transférer à l'Instituto Português da Qualidade (IPQ), dans un processus impliquant deux ministères et le Gabinete Nacional de Segurança. Rien n'indique qu'il ait été publié.

Le paradoxe, c'est que la capacité existe. Le Laboratório de Tempo e Frequência de l'IPQ, à Caparica, réalise l'échelle atomique nationale, l'UTC(IPQ), avec trois horloges à césium qui contribuent au TAI : c'est grâce à elle que le Portugal figure dans les calculs du BIPM. Il lui manque le mandat légal pour être l'« heure légale » et l'obligation de la diffuser. Résultat : aucune entité n'a aujourd'hui cette mission formellement attribuée, et les risques sont concrets :

• Sécurité juridique. Délais judiciaires et administratifs, marchés publics, enchères et contrats électroniques se clôturent à la seconde près. En cas de litige, il n'existe pas d'horloge que la loi désigne comme celle qui fait foi.

• Horodatage. Les règles européennes exigent que les horodatages qualifiés soient traçables à un UTC(k) reconnu par le BIPM, avec une erreur maximale d'une seconde. En pratique, cela renvoie à l'IPQ ou à des laboratoires étrangers, non à l'« heure légale ».

• Service sans responsable. Ceux qui continuent à régler leurs systèmes sur les serveurs de l'Observatoire dépendent d'un service que personne n'est tenu de maintenir. En juin 2023, l'horloge en ligne de l'Observatoire a affiché jusqu'à huit minutes d'écart, corrigé après que l'affaire a été rapportée par la presse.

• Dépendance au satellite. Sans source nationale désignée, les réseaux de télécommunications, d'énergie et bancaires se règlent sur des systèmes de navigation que le pays ne contrôle pas et dont le signal peut être brouillé ou falsifié.

Ce que cela signifie pour un horloger

Dire qu'une montre avance de quatre secondes par jour, c'est la comparer à quelque chose. Le chronocomparateur de l'établi la compare à un oscillateur à quartz ; ce quartz a été étalonné par rapport à une meilleure référence, et la chaîne aboutit toujours à l'UTC. Toutes les horloges du tableau font la même chose — elles comptent des oscillations — et l'histoire de l'horlogerie est, pour une bonne part, la recherche d'oscillateurs plus rapides et plus stables.

Oscillateur	Fréquence	Écart typique
Pendule de Huygens (1656)	environ 1 Hz	environ 15 s par jour
Balancier de chronomètre certifié	4 Hz	−4 à +6 s par jour
Quartz de montre-bracelet	32 768 Hz	environ 15 s par mois
Fontaine à césium	9 192 631 770 Hz	1 s en plus de 100 millions d'années
Horloge optique au strontium	environ 429 THz	1 s en plus de 15 milliards d'années

Le balancier et le spiral d'une montre-bracelet Benrus des années 1950 (calibre ETA 1280) : le même principe qu'une horloge atomique — un oscillateur régulier — à une échelle très différente. Image : Chetvorno / Wikimedia Commons (domaine public).

L'heure du monde, en fin de compte, n'est définie par personne en particulier. Elle est définie par tous ceux qui la mesurent — et qui acceptent d'en partager le résultat.

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