Contact R&D: E. Samain
Les moyens de synchronisation d’horloges tiennent une place prépondérante dans de nombreuses applications comme la physique fondamentale, la diffusion d'échelles de temps, la géodésie, la navigation ou encore les modèles atmosphériques.
L’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA) a adapté les techniques de télémétrie laser aux besoins du transfert de temps et a développé un lien laser dédié à la synchronisation d'horloges distantes. Le concept a été initié en 1988 avec l’expérience LASSO (Laser Synchronisation from Stationary Orbit), lancé sur MeteoSat-P2 puis repris et amélioré avec le projet T2L2 (Transfert de Temps par Lien Laser), développé par le CNES et Geoazur sur le satellite Jason 2 lancé en 2008 et actuellement en cours d’exploitation.
Le projet de transfert par laser T2L2 permet la synchronisation d’horloges avec une exactitude de 0.1 milliardième de seconde et une stabilité sur le court terme de 1 millième de milliardième de seconde. C’est dix fois plus performant que les techniques de transfert de temps courantes basées sur des liens microondes (GPS, Two Way Time Transfert (TWSTFT)).
Banc de test de l’instrument spatial T2L2 avant intégration sur le satellite Jason 2.
La platine blanche à droite de l’image est le module optique de l’instrument
qui reçoit les impulsions lumineuses provenant des stations laser au sol.
Le transfert de temps T2L2 utilise des impulsions laser que l’on envoie à partir de plusieurs stations laser au sol vers un satellite équipé d’une horloge et d’une instrumentation de datation des impulsions lumineuses (figure 3). Les stations au sol tirent en direction du satellite en enregistrant les dates de départ des impulsions laser dans leur temps local. A bord du satellite, l’instrument T2L2 enregistre la date d’arrivée dans le temps de bord. Un système de rétro-réflecteurs renvoie une fraction de l’impulsion vers la station sol qui enregistre alors la date de retour. C’est à partir de ces dates que les décalages entre les horloges sont calculés.
Dans le principe, la synchronisation de deux horloges éloignées ne peut se faire que si l’on connaît avec précision le temps nécessaire à la propagation des signaux reliant les horloges. Ce temps de propagation est réellement mesuré et calculé à partir de la différence entre la date de départ et de retour. C’est l’une des particularités qui en fait une technique de grande précision.
L’instrument spatial, développé en collaboration entre le CNES et l’OCA, est installé en tant qu’instrument passager sur le satellite d’altimétrie JASON 2. C’est un instrument qui se décompose en un boîtier électronique d’environ 30 cm de côté placé à l’intérieur de la charge utile du satellite, et un boîtier optique disposé à l’extérieur et pointé en direction de la terre (figure 4). C’est ce boîtier optique qui reçoit les impulsions laser en provenance des stations au sol. Avec une stabilité de moins de dix picosecondes et une exactitude d’une centaine de picosecondes, le Transfert de temps T2L2 est particulièrement intéressant pour inter-comparer les techniques de transfert de temps courantes. T2L2 permet de mettre en évidence d’éventuelles erreurs systématiques inhérentes aux méthodes de transfert de temps courantes utilisées aujourd’hui. Ces comparaisons sont à la base de la mesure de la dérive de certaines constantes fondamentales de la physique.
