Horloge nucléaire : les deux premières tournent à Vienne et à Pékin, à quoi ça sert ?

Une seconde d'erreur en trente millions d'années. C'est la précision de la nouvelle horloge présentée cette semaine par l'Université technique de Vienne. Si on l'avait lancée il y a trente millions d'années, bien après la disparition des dinosaures, elle n'aurait aujourd'hui qu'une petite seconde de décalage. Waow ! Et dans deux semaines, quand on passera à l'heure d'hiver le 25 octobre, il y aura encore chez toi un four, un radio-réveil ou une voiture qui affichera une heure de décalage jusqu'au printemps. On vit vraiment à deux vitesses !

Cette horloge-là a une particularité : elle ne compte pas le temps avec des atomes, comme les meilleures horloges du monde aujourd'hui, mais avec le noyau des atomes. C'est la première « horloge nucléaire » qui tourne toute seule, et elle a une jumelle : une équipe chinoise de l'université Tsinghua, à Pékin, a publié la sienne dans le même numéro de la revue Nature, le 7 octobre. Les physiciens couraient après ce rêve depuis bientôt cinquante ans.

Un laser, un petit cristal, et le temps mesuré au noyau près

Pourquoi le noyau, et pas l'atome ?

Une horloge, au fond, c'est toujours un truc qui oscille et un compteur qui compte les oscillations. Le balancier de la comtoise de ta grand-mère, le petit cristal de quartz de ta montre, qui vibre 32 768 fois par seconde. Plus l'oscillation est rapide et régulière, plus l'horloge est précise.

Les horloges atomiques, celles qui donnent l'heure officielle du monde entier, utilisent les électrons qui tournent autour des atomes : on les fait sauter d'un état à un autre avec une onde, et on compte. Le problème, c'est que les électrons sont à l'extérieur de l'atome, exposés à tout : un champ magnétique, une variation de température, un voisin un peu trop proche. Il faut les isoler dans des machines énormes et ultra-protégées.

Le noyau, lui, est planqué au centre, plus de dix mille fois plus petit que l'atome. Pour te donner une idée : si un atome avait la taille d'un stade de foot, son noyau serait une bille posée au milieu de la pelouse. Les perturbations extérieures le touchent beaucoup moins, ce qui en fait en théorie un balancier presque parfait. Malin, non ?

L'atome, c'est le stade. Le noyau, c'est la bille au milieu

Seul souci, et il a coûté cinquante ans : pour faire « sauter » un noyau, il faut normalement une énergie énorme, bien trop forte pour un laser. Sauf pour un seul noyau connu, celui du thorium 229, un élément radioactif rare, dont le saut est assez doux pour qu'un laser ultraviolet suffise. Encore fallait-il trouver la bonne couleur de laser, à une précision folle. C'est ce que l'équipe de Vienne et ses collègues du PTB, l'institut allemand chargé des mesures officielles, ont réussi en avril 2024. Il restait à transformer l'expérience en vraie horloge.

Vienne et Pékin, dans le même numéro

C'est fait. À Vienne, l'équipe de Thorsten Schumm éclaire un petit cristal qui contient des atomes de thorium. Les noyaux n'absorbent la lumière que si le laser a exactement la bonne fréquence. Dès que le laser dérive d'un poil, ils absorbent moins, la machine le voit et corrige le laser toute seule. « L'idée de base est simple : tu as un laser et tu as du thorium », résume Schumm. L'horloge a tourné plus de 24 heures sans que personne n'y touche, avec une précision d'environ une seconde sur trente millions d'années, d'après l'annonce de l'université.

À Pékin, l'équipe de Shiqian Ding a construit le même genre d'horloge, avec le même thorium dans le même genre de cristal. D'après le South China Morning Post, les premiers résultats chinois seraient environ six fois plus stables que ceux de Vienne. Les deux équipes se livrent une concurrence « féroce mais amicale ». J'adore l'expression, on dirait un tournoi de pétanque entre deux villages.

Et Schumm a l'honnêteté de le dire lui-même : son horloge n'est « pas encore au niveau des meilleures horloges atomiques optiques du monde ». Pour un premier prototype, c'est « un résultat fantastique », mais il faudra des lasers plus puissants et de meilleurs cristaux pour les dépasser. Ce qui me plaît le plus, c'est le cristal : une horloge atomique de pointe, c'est une pièce entière pleine d'appareils, alors qu'ici le cœur tient dans un caillou transparent de quelques millimètres. L'équipe chinoise parle déjà d'horloges nucléaires « compactes ».

Bon, et moi, ça me sert à quoi ?

Ta montre ne changera pas, et ton téléphone non plus. Mais tu utilises des horloges atomiques plusieurs fois par jour sans le savoir. Le GPS de ton téléphone, d'abord : il calcule ta position en mesurant le temps que met le signal de plusieurs satellites pour t'arriver, et chacun de ces satellites embarque des horloges atomiques. Une erreur d'un milliardième de seconde, et ta position se décale de trente centimètres. Le réseau de téléphonie mobile, les échanges entre banques, les enregistrements des transactions en bourse : tout ça s'appuie sur une heure ultra-précise, partagée par tout le monde.

Et il y a un usage plus surprenant, qui vient tout droit d'Einstein : le temps ne passe pas à la même vitesse partout. Plus tu es haut, plus il passe vite, parce que la gravité y est un tout petit peu plus faible. Oui, ta tête vieillit un chouïa plus vite que tes pieds. Désolé. En 2010, des chercheurs américains l'ont mesuré avec deux horloges atomiques dont l'une était posée 33 centimètres plus haut que l'autre. Avec des horloges assez précises, on peut donc mesurer la gravité, et donc deviner ce qu'il y a sous nos pieds : une nappe d'eau, une poche de magma qui gonfle sous un volcan, le sol qui s'affaisse.

L'écart se compte en milliardièmes de seconde

Quand ? Pour le GPS, la bourse ou les volcans, pas avant de longues années : ces deux horloges sont des prototypes de labo, et il faudra d'abord qu'elles battent les meilleures horloges actuelles. Dix ans, vingt ans, peut-être jamais pour certains usages. Les physiciens, eux, en ont un besoin plus immédiat : ces horloges peuvent vérifier si certaines constantes de la nature, qu'on croit fixes depuis toujours, bougent un tout petit peu. Si c'était le cas, ce serait un sacré coup de tonnerre.

Et ce chemin, on l'a déjà parcouru une fois. En 1955, au Royaume-Uni, Louis Essen et Jack Parry ont fait tourner la première horloge atomique au césium : une grande armoire pleine de tubes, dans un labo. Personne n'imaginait alors en mettre dans l'espace. Vingt-trois ans plus tard, en 1978, le premier satellite GPS montait en orbite avec ses horloges atomiques à bord. Aujourd'hui, c'est grâce à elles que ton téléphone sait dans quelle rue tu te trouves.

De l'armoire de 1955 au point bleu sur ta carte : vingt-trois ans jusqu'au premier satellite

Un rêve de cinquante ans

Pour moi, c'est de la science comme je l'aime : un rêve vieux de cinquante ans, deux équipes qui y arrivent la même semaine, et un chercheur qui dit tranquillement que son bébé n'est pas encore le meilleur du monde. Pas de promesse, pas de « ça va tout changer », juste une horloge qui tourne. Et le jour où elle tiendra dans une boîte à chaussures, on ne mesurera plus seulement l'heure, on mesurera la Terre.

Alors aux équipes de Vienne et de Pékin : bravo ! Et pour l'Europe, c'est quand vous désactiverez ce changement d'heure été/hiver ? On en a marre.

Sources

• TU Wien, 8 octobre 2026 : la première horloge nucléaire autonome tourne à Vienne
• Nature, 7 octobre 2026 : l'horloge nucléaire de l'équipe de l'université Tsinghua
• ScienceDaily, 10 octobre 2026 : l'étude de Vienne dans Nature et ses chiffres
• South China Morning Post, repris par The Star, 9 octobre 2026 : l'horloge chinoise environ six fois plus stable
• NIST, 2010 : deux horloges atomiques montrent la relativité sur 33 centimètres

Article écrit avec l'aide de Claude Code, relu et corrigé par moi.