Foire aux questions

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Métrologie mécanique

Foire aux questions de les services de l'heure

1. Quelles années sont bissextiles?
2. Q'est-ce qu'une seconde intercalaire?
3. Quand débutent les saisons?
4. Quelles sont les heures du lever et du coucher du soleil dans ma région cette année?
5. Quand débute et se termine l'heure avancée?
6. Comment puis-je obtenir un exemplaire de la carte des fuseaux horaires canadiens en format postcript (.eps et .pdf)?
7. Quelle est la date du dimanche de Pâques?
8. Est-ce qu'il y a un format standard pour documenter la date et l'heure?
9. Pourquoi est-ce-que le 3^ième millénaire et le 21^ième siècle commencent le 1 janvier 2001?
10. Qu'est-ce qu'une horloge à césium?

1. Quelles années sont bissextiles?

Le Canada utilise le calendrier « grégorien » grâce au patrimoine de la loi britannique de 1750 :

An Act for regulating the Commencement of the Year, and for correcting the Calendar now in use
(24 Geo. 2c. 23).

Introduit pour remplacer le calendrier julien par le pape Grégoire XIII en 1582, ce calendrier est d'usage universel dans le monde pour des fins civiles. Les règles du calendrier grégorien relatives à l'année bissextile ont trois volets : 

1. Si elle est divisible également par quatre, une année grégorienne est une année bissextile, avec un 29 février et 366 jours (p. ex. 1996/4 = 499, donc 1996 est une année bissextile) SAUF

2. Si elle est divisible également par 100, une année grégorienne est une année normale avec 365 jours (p. ex. 1900/100 = 19, donc 1900 (comme 2100) est une année normale de 365 jours), SAUF

3. Si elle est divisible également par 400, une année grégorienne est une année bissextile; donc l'an 2000 sera une année bissextile. 

Ces trois règles visent à garder les saisons proches de dates fixes sur le calendrier, avec l'équinoxe du printemps aux alentours du 21 mars. Les dates de l'équinoxe de printemps selon le calendrier grégorien et le calendrier julien sont montrées ici pour 4000 années.  

Bien que d'autres règles aient été proposées pour essayer d'améliorer les règles de 1582, aucune n'a été adoptée à des fins civiles. L'histoire de ces règles est plutôt complexe.

2. Q'est-ce qu'une seconde intercalaire?

Les observations du soleil constituent le fondement traditionnel de mesure du temps. Trois améliorations sur le plan des horloges ont entraîné des modifications de nos pratiques de mesure du temps. La seconde intercalaire est la modification la plus récente (1972). Pour que les meilleures horloges restent alignées avec le soleil, il faut ajouter à intervalle irrégulier une seconde intercalaire - de 6 à 60 mois entre secondes intercalaires.

Dès l'avènement des premières bonnes horloges, on abandonne la journée définie entre deux couchers-de-soleil pour utiliser le jour solaire (de midi à midi). Dès la mise au point des premiers chronomètres, il est devenu nécessaire de prendre une moyenne des variations prévisibles de la journée solaire et définir une échelle de temps basée sur la rotation moyenne de la Terre. Elle a été appelée à divers moments le temps universel (UT), l'heure zulu (Z) ou le temps moyen de Greenwich (GMT). L'expression « temps moyen » signifie simplement qu'une méthode d'établissement de la moyenne a été utilisée. Dès les premières horloges atomiques, dont la stabilité dépasse largement la stabilité de la rotation de la Terre - on a dénommé plusieurs méthodes de faire la moyenne afin de corriger les irrégularités aléatoires et prévisibles de la rotation de la Terre.

UT : Temps universel, soit UT, est le nom générique du temps moyen solaire de Greenwich, utilisé à des fins civiles quand ce n'est pas nécessaire de préciser la méthode de faire la moyenne.

UT0 : C'est le nom moderne de la première méthode de faire la moyenne pour corriger les variations saisonnières dues à l'inclinaison et l'excentricité de l'orbite terrestre. Ces variations sont données par « l'équation du temps ». On dit « U-T-zéro ». C'était la première méthode utilisée pour le temps moyen de Greenwich (GMT).
Note historique: Jusqu'en 1925, il y avait deux façons de changer la date avec GMT. Pour les fins civiles, GMT change la date à minuit, mais jusqu'en 1925, les astronomes changeaient la date douze heures plus tard, à midi, plutôt qu'à minuit pendant leurs observations. Les historiens doivent faire attention pour cette époque de ne pas confondre le jour et la nuit!

UT1 : En ajoutant la correction pour la migration polaire à UT0, on obtient UT1. C'est l'échelle de temps offrant la meilleure précision avec les méthodes astronomiques de navigation et d'arpentage. C'était la deuxième méthode utilisée pour le GMT.

UT2 : Si l'on effectue la moyenne saisonnière du UT1, on obtient UT2. Telle méthode fut utilisée brièvement pour le GMT et le pilotage de l'UTC avant 1972.

UTC : Si l'heure et le taux d'une échelle de temps sont coordonnés à l'aide de comparaisons internationales organisées sous l'égide de la Convention du mètre, on obtient UTC: le temps universel coordonné qui est l'application moderne du GMT et constitue la base de temps officielle dans le monde.

Les secondes intercalaires
Jusqu'en 1972, la durée de la seconde de chacune de ces échelles de temps variait légèrement (mais de façon différente) pour garder le pas avec les variations de rotation de la Terre. Depuis 1972, la durée de la seconde UTC a été fixée à la valeur établie par une moyenne d'horloges atomiques: TAI (Temps Atomique International) autour du monde et les secondes intercalaires ont été ajoutées pour aligner à 0,9 seconde près l'UTC sur l'UT1.

L'International Earth Rotation Service (Service international de rotation de la Terre) (IERS) à Paris est chargé de prédire quand la prochaine seconde intercalaire sera nécessaire. Il informe ensuite les laboratoires de temps nationaux, comme le Conseil national de recherches, de l'approche de la seconde intercalaire. Cette seconde intercalaire peut être introduite (où, si nécessaire, enlevée) dans la dernière seconde (UTC) de la journée du 30 juin ou du 31 décembre. Les horloges qui tirent partie de l'installation de prévision de la seconde intercalaire, diffusée par les laboratoires de temps, auront donc une minute avec 61 secondes à ce moment-là. Avec une seconde intercalaire positive, la dénomination de la suite des secondes change de
23:58:57, 23:58:58, 23:58:59, 23:59:00, 23:59:01, 23:59:02... à
23:59:57, 23:59:58, 23:59:59, 23:59:60, 00:00:00, 00:00:01...
D'autres horloges donnent la même heure (00:00:00) pendant deux secondes, et il est possible de renverser l'ordre de deux événements (par exemple, si 23:59:60,9 et 00:00,1 sont pris comme 00:00:00,9 et 00:00:00,1 - le mauvais ordre). Donc, il y a des horloges, telles que celles d'ordinateurs utilisant le logiciel NTP, qui changent l'heure lentement (pendant une demi-heure, par exemple) pour éviter ce problème.

3. Quand débutent les saisons?

Sur la Terre, il y a quatre saisons traditionnelles, marquées par le déplacement du soleil dans le ciel. Pour l'hémisphère Nord :

   Le printemps commence au moment où le soleil se trouve directement au-dessus de l'équateur, allant du sud au nord : l'équinoxe de printemps.

   L'été commence au moment où le soleil se trouve le plus au nord :
le solstice d'été.

   L'automne commence au moment où le soleil se trouve directement au-dessus de l'équateur, allant du nord au sud : l'équinoxe d'automne.

   L'hiver commence au moment où le soleil se trouve le plus au sud : le solstice d'hiver.  

Pour obtenir l'heure canadienne, soustraire les heures suivantes du UTC:

4. Quelles sont les heures du lever et du coucher de soleil dans ma région cette année?

L'Institut Herzberg d'astrophysique maintient un site internet qui donne les heures du lever et du coucher de soleil pour plusieurs villes canadiennes soit un lieu géographique (latitude/longitude). Ici on peut trouver aussi des renseignements connexes. 

5. Quand débute et se termine l'heure avancée?

L'heure avancée au Canada est déterminée par les lois provinciales. Des exceptions peuvent exister dans certaines municipalités. Les cartes de fuseaux horaires et l'heure de début figurant sur la liste ci-dessous sont en vigueur depuis 1988. (Ceci a été noté comme numéro de série 04, conformément au code CHU.) 

6. Comment puis-je obtenir un exemplaire de la carte des fuseaux horaires canadiens en format postcript (.eps et .pdf )?

Les exemplaires des cartes de fuseaux horaires du Canada que l'on trouve ici sont disponibles en format postcript pour insertion dans votre document à l'aide d'un logiciel de traitement de texte ou d'un éditeur de documents qui supporte Adobe postcript. Cliquer sur la sélection et répondez avec Save File (ou l'équivalent de sauvegarde de fichier) lorsque Netscape ou un autre fureteur vous y invite. Le volume de ces fichiers est approximativement de 0,25 à 0,5 Moctet.

7. Quelle est la date du dimanche de Pâques?

Au Canada, Pâques est une fête mobile définie selon la loi britannique de 1750 :

An Act for regulating the Commencement of the Year, and for correcting the Calendar now in use
(24 Geo. 2c. 23.)

On y déclare que le dimanche de Pâques est le premier dimanche suivant la pleine lune qui a lieu après l'équinoxe de printemps, mais cela est quelque peu erroné parce qu'il ne s'agit pas d'une déclaration précise de la Loi. Pâques est déterminé par la « lune ecclésiastique » définie à l'aide de tables qui diffèrent quelque peu de la vraie lune. En outre, l'équinoxe de printemps est fixé au 21 mars et ne correspond pas à la position réelle du soleil. 

Les dates données ici pour Pâques sont celles de la Loi, soit
la date utilisée d'ordinaire par les églises chrétiennes de l'occident.

8. Est-ce qu'il y a un format standard pour documenter la date et l'heure?

La norme canadienne CAN Z234-4 précise la représentation numérique de la date et de l'heure. La présentation complète recommandée est : 2001-12-31 23:59:28.73 UTC. C'est compatible avec la norme internationale ISO 8601. Cette représentation normalisée aide à éviter la confusion dans les communications internationales que peuvent provoquer les nombreuses notations nationales différentes. En outre, ces formats ont plusieurs avantages importants pour l'usage informatique par rapport aux autres représentations de la date et de l'heure. La notation de l'heure de la norme ISO 8601 constitue déjà par elle-même une norme de fait dans presque tous les pays et la notation de la date se popularise de plus en plus. 

Références:
Un sommaire de la notation internationale standard de la date et de l'heure

Structure de la date et de l'heure

Des exemplaires de ces deux normes peuvent être obtenus auprès du Conseil canadien des normes (CCN), ou l'on peut obtenir la norme ISO auprès de l'Organisation internationale de normalisation (ISO).

9. Pourquoi est-ce que le 3^ième millénaire et le 21^ième siècle ont commencé le 1 janvier 2001?

Un millénaire est un intervalle de 1000 ans et un siècle est un intervalle de 100 ans. Parce qu'il n'y a pas d'année zéro, un intervalle d'un an s'écoule du commencement de l'époque à la fin de l'année nommée 1AD. Pour la même raison, 100 ans se sont écoulés à la fin de l'année 100AD. Et ainsi 2000 ans se seront écoulés à minuit le 31 décembre 2000. Alors le 3^ième millénaire et le 21^ième siècle ont commencé au même moment, à 00h00 le premier janvier 2001.

10. Qu'est-ce qu'une horloge à césium?

Le CNRC utilisait des horloges atomiques à césium depuis les années cinquante. Ce type d'horloge est encore la meilleure façon de mesurer le temps grâce à la merveilleuse reproductibilité de l'état spinant des atomes de césium.

Le césium pur est un métal de couleur argenté, tirant sur le doré, dont le point de fusion est 28ºC. Sa facilité de réaction avec d'autres éléments le rend invisible dans la nature. Un pied cube de granite ordinaire peut pourtant en contenir un gramme, la quantité que contient la fiole dans cette image - la quantité utilisée en un an par une horloge typique.
Le césium naturel est du césium 133 pur (noyau = 55 protons + 78 neutrons) et est non radioactif.

Les atomes de césium 133 sont envoyés d'un bout à l'autre de la chambre à vide d'une horloge atomique. Dans cette horloge à césium, la plus grande du CNRC, les atomes parcourent les 5 mètres à la vitesse de 250 m/s.

Cliquez pour une plus grande vue.

Comment ça marche?

La source de césium forme, par évaporation, un jet d'atomes de césium voyageant sans collision à environ 250 m/s dans un vide maintenu par une pompe à vide. L'aimant "A" dirige les atomes dont la magnétisation correspond à l'état F=3 du niveau fondamental du césium 133 vers la cavité de Ramsey. Les autres atomes de césium sont dirigés vers un absorbant en graphite.

La cavité de Ramsey induit un « mélange » des états F=3 et F=4 des atomes de césium. Cet « état spinant », à quelques corrections près, correspond à une précession du spin de 9 192 631 770 rotations par seconde, dans le champ magnétique généré par l'aimant "C". Les écrans magnétiques isolent les atomes des champs magnétiques externes, dont le champ terrestre qui est environ 10 fois plus grand que le champ de l'aimant "C".

La précession des atomes de césium est arrêtée par le passage dans la seconde extrémité de la cavité de Ramsey. L'aimant "B" envoie sur l'absorbant en graphite les atomes qui se sont arrêtés dans l'état F=3 et concentre sur l'ionisateur de Cs à filament chaud les atomes dans l'état F=4. Ces derniers seront d'autant plus nombreux que la fréquence de la cavité de Ramsey est proche de la fréquence de précession des atomes de césium.

Le collecteur d'ions couplé à l'amplificateur génère un courant proportionnel au nombre d'atomes de césium ionisés par le filament chaud. Ce courant est utilisé par l'asservissement pour contrôler un oscillateur à quartz de façon à maximiser le courant. Après mesure et correction des biais connus, la sortie de fréquence est de 10 000 000 Hz, précise à environ 5 parties par cent mille milliard par jour. Un tel étalon de fréquence est utile en métrologie, communications, ingénierie et sciences.

Une horloge utilise quelques autres composantes. Un compteur, à chaque 10 million de cycles, génère une impulsion exactement à une seconde d'intervalle l'une de l'autre. Au démarrage, l'heure est ajustée au Temps Atomique International (TAI), conservé par des générations d'horloges atomiques depuis 1958, lorsqu'il a été ajusté au temps astronomique. D'autres circuits comptent les secondes, minutes, heures, jours, années, etc.