0:00:06.500,0:00:10.453
Comment ton <i>smartphone</i>[br]sait exactement où tu es ?

0:00:10.453,0:00:13.686
La réponse se trouve à 19 000 km[br]au dessus de ta tête

0:00:13.686,0:00:18.229
dans un satellite en orbite qui suit[br]le temps au rythme d'une horloge atomique

0:00:18.229,0:00:21.406
qui marche grâce à la mécanique quantique.

0:00:21.406,0:00:22.436
Ouff !

0:00:22.436,0:00:24.425
Expliquons cela.

0:00:24.425,0:00:29.121
D'abord, pourquoi est-il si important[br]pour le satellite de connaître l'heure,

0:00:29.121,0:00:31.889
si ce qui nous intéresse[br]est notre position ?

0:00:31.889,0:00:34.989
La première chose que ton mobile[br]doit déterminer

0:00:34.989,0:00:37.696
est sa distance au satellite.

0:00:37.696,0:00:40.883
Chaque satellite émet[br]des signaux radio constamment

0:00:40.883,0:00:45.762
qui vont de l'espace à ton téléphone[br]à la vitesse de la lumière.

0:00:45.762,0:00:48.692
Ton mobile enregistre[br]l'heure d'arrivée du signal

0:00:48.692,0:00:51.753
et l'utilise pour calculer[br]sa distance au satellite

0:00:51.753,0:00:57.137
en utilisant la formule simple :[br]« distance = c x temps »,

0:00:57.137,0:00:59.363
où « c » est la vitesse[br]de la lumière

0:00:59.363,0:01:02.129
et « temps » est le temps[br]du voyage du signal.

0:01:02.129,0:01:04.086
Mais il y a un problème.

0:01:04.086,0:01:06.328
La lumière est incroyablement rapide.

0:01:06.328,0:01:09.870
Si on n'était capable de mesurer l'heure[br]qu'à la seconde près,

0:01:09.870,0:01:12.950
tous les endroits sur terre,[br]et bien au-delà d'elle,

0:01:12.950,0:01:16.102
sembleraient être à même distance[br]du satellite.

0:01:16.102,0:01:20.375
Alors, afin de calculer la distance[br]à quelques mètres près,

0:01:20.375,0:01:23.778
on a besoin de la meilleure horloge[br]jamais inventée.

0:01:23.778,0:01:27.897
Introduisons les horloges atomiques,[br]dont certaines sont aussi précises

0:01:27.897,0:01:31.143
qu'elles n'auraient pas une seconde[br]de retard ou d'avance

0:01:31.143,0:01:35.213
même si elles fonctionnaient pendant[br]300 millions d'années.

0:01:35.213,0:01:38.887
Les horloges atomiques fonctionnent[br]grâce à la physique quantique.

0:01:38.887,0:01:41.808
Toute horloge doit avoir[br]une fréquence constante.

0:01:41.808,0:01:45.861
En d'autres termes, une horloge[br]doit effectuer une action répétitive

0:01:45.861,0:01:48.985
pour délimiter[br]des intervalles de temps équivalents.

0:01:48.985,0:01:52.731
De même qu'une horloge de salon[br]dépend du balancement constant

0:01:52.731,0:01:55.847
des va-et-vient d'un pendule[br]grâce à la pesanteur,

0:01:55.847,0:01:57.939
le tic-tac d'une horloge atomique

0:01:57.939,0:02:03.041
est maintenu par la transition[br]entre deux niveaux d'énergie d'un atome.

0:02:03.041,0:02:05.819
C'est là que la physique quantique[br]entre en jeu.

0:02:05.819,0:02:09.461
La mécanique quantique dit que[br]les atomes transportent de l'énergie,

0:02:09.461,0:02:13.168
mais ils ne peuvent pas en transporter[br]une quantité arbitraire,

0:02:13.168,0:02:18.215
car l'énergie atomique est limitée[br]à un ensemble précis de niveaux.

0:02:18.215,0:02:20.300
Niveaux appelés « quanta ».

0:02:20.300,0:02:24.522
À titre d'exemple, pensons à la conduite[br]d'une voiture sur l'autoroute.

0:02:24.522,0:02:25.730
Si on accélère,

0:02:25.730,0:02:32.222
on passe normalement de, disons,[br]30 à 110 kilomètres/heure continûment.

0:02:32.222,0:02:35.092
Cependant, avec une voiture[br]atomique quantique,

0:02:35.092,0:02:37.778
on n'accélérerait pas[br]de façon linéaire.

0:02:37.778,0:02:44.125
À la place, on ferait un bond[br]de transition entre les deux vitesses.

0:02:44.125,0:02:48.768
Pour un atome, quand une transition[br]entre deux niveaux d'énergie se produit,

0:02:48.768,0:02:50.403
la mécanique quantique dit

0:02:50.403,0:02:54.992
que la différence d'énergie est égale[br]à une fréquence caractéristique,

0:02:54.992,0:02:57.199
multipliée par une constante ;

0:02:57.199,0:02:59.795
la variation d'énergie est ainsi égale

0:02:59.795,0:03:05.092
au produit de la constante « h » ,[br]dite de Planck, et de la fréquence.

0:03:05.092,0:03:10.297
On a uniquement besoin de cette fréquence[br]caractéristique pour faire notre horloge.

0:03:10.297,0:03:13.081
Les satellites GPS[br]dépendent des fréquences

0:03:13.081,0:03:15.865
liées aux atomes de césium et rubidium.

0:03:15.865,0:03:18.651
Dans le cas du césium 133,

0:03:18.651,0:03:28.846
la fréquence caractéristique[br]est de 9 192 631 770 Hz.

0:03:28.846,0:03:31.636
Ce sont 9 milliards de cycles par seconde.

0:03:31.636,0:03:33.625
C'est une horloge vraiment rapide.

0:03:33.625,0:03:36.005
Peu importe l'expertise de l'horloger,

0:03:36.005,0:03:38.160
toute pendule, mécanisme à ressorts

0:03:38.160,0:03:42.760
ou quartz résonne à une fréquence[br]légèrement différente.

0:03:42.760,0:03:46.969
Cependant, chaque atome de césium 133[br]dans l'univers

0:03:46.969,0:03:50.818
oscille exactement à la même fréquence.

0:03:50.818,0:03:52.961
Alors, grâce à l'horloge atomique,

0:03:52.961,0:03:57.609
on obtient une lecture du temps avec[br]une précision au milliardième de seconde,

0:03:57.609,0:04:02.294
et une mesure très précise[br]de la distance au satellite.

0:04:02.294,0:04:06.171
Ignorons que tu es[br]certainement sur terre.

0:04:06.171,0:04:09.887
On sait maintenant que tu es à une[br]distance fixe du satellite.

0:04:09.887,0:04:13.377
Autrement dit, tu es quelque part[br]sur la surface d'une sphère

0:04:13.377,0:04:15.950
centrée autour du satellite.

0:04:15.950,0:04:18.307
Mesure ta distance à un[br]deuxième satellite

0:04:18.307,0:04:20.898
et tu obtiens une sphère[br]chevauchant la première.

0:04:20.898,0:04:22.246
Répète cette opération,

0:04:22.246,0:04:24.023
et avec juste quatre mesures,

0:04:24.023,0:04:27.819
et une petite correction via[br]la théorie de la relativité d'Einstein,

0:04:27.819,0:04:33.117
tu peux identifier ta position[br]comme un seul point dans l'espace.

0:04:33.117,0:04:34.970
C'est tout ce qu'il faut :

0:04:34.970,0:04:37.770
un réseau de satellites multimillionnaire,

0:04:37.770,0:04:39.817
l'oscillation des atomes de césium,

0:04:39.817,0:04:41.232
la mécanique quantique,

0:04:41.232,0:04:42.327
la relativité,

0:04:42.327,0:04:43.484
un <i>smartphone</i>,

0:04:43.484,0:04:45.727
et toi.

0:04:45.727,0:04:47.109
Pas de problème !