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Comment ton smartphone sait exactement où tu es ? - Wilton L. Virgo

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    Comment ton smartphone
    sait exactement où tu es ?
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    La réponse se trouve à 19 000 km
    au dessus de ta tête
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    dans un satellite en orbite qui suit
    le temps au rythme d'une horloge atomique
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    qui marche grâce à la mécanique quantique.
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    Ouff !
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    Expliquons cela.
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    D'abord, pourquoi est-il si important
    pour le satellite de connaître l'heure,
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    si ce qui nous intéresse
    est notre position ?
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    La première chose que ton mobile
    doit déterminer
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    est sa distance au satellite.
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    Chaque satellite émet
    des signaux radio constamment
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    qui vont de l'espace à ton téléphone
    à la vitesse de la lumière.
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    Ton mobile enregistre
    l'heure d'arrivée du signal
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    et l'utilise pour calculer
    sa distance au satellite
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    en utilisant la formule simple :
    « distance = c x temps »,
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    où « c » est la vitesse
    de la lumière
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    et « temps » est le temps
    du voyage du signal.
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    Mais il y a un problème.
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    La lumière est incroyablement rapide.
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    Si on n'était capable de mesurer l'heure
    qu'à la seconde près,
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    tous les endroits sur terre,
    et bien au-delà d'elle,
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    sembleraient être à même distance
    du satellite.
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    Alors, afin de calculer la distance
    à quelques mètres près,
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    on a besoin de la meilleure horloge
    jamais inventée.
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    Introduisons les horloges atomiques,
    dont certaines sont aussi précises
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    qu'elles n'auraient pas une seconde
    de retard ou d'avance
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    même si elles fonctionnaient pendant
    300 millions d'années.
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    Les horloges atomiques fonctionnent
    grâce à la physique quantique.
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    Toute horloge doit avoir
    une fréquence constante.
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    En d'autres termes, une horloge
    doit effectuer une action répétitive
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    pour délimiter
    des intervalles de temps équivalents.
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    De même qu'une horloge de salon
    dépend du balancement constant
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    des va-et-vient d'un pendule
    grâce à la pesanteur,
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    le tic-tac d'une horloge atomique
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    est maintenu par la transition
    entre deux niveaux d'énergie d'un atome.
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    C'est là que la physique quantique
    entre en jeu.
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    La mécanique quantique dit que
    les atomes transportent de l'énergie,
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    mais ils ne peuvent pas en transporter
    une quantité arbitraire,
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    car l'énergie atomique est limitée
    à un ensemble précis de niveaux.
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    Niveaux appelés « quanta ».
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    À titre d'exemple, pensons à la conduite
    d'une voiture sur l'autoroute.
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    Si on accélère,
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    on passe normalement de, disons,
    30 à 110 kilomètres/heure continûment.
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    Cependant, avec une voiture
    atomique quantique,
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    on n'accélérerait pas
    de façon linéaire.
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    À la place, on ferait un bond
    de transition entre les deux vitesses.
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    Pour un atome, quand une transition
    entre deux niveaux d'énergie se produit,
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    la mécanique quantique dit
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    que la différence d'énergie est égale
    à une fréquence caractéristique,
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    multipliée par une constante ;
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    la variation d'énergie est ainsi égale
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    au produit de la constante « h » ,
    dite de Planck, et de la fréquence.
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    On a uniquement besoin de cette fréquence
    caractéristique pour faire notre horloge.
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    Les satellites GPS
    dépendent des fréquences
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    liées aux atomes de césium et rubidium.
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    Dans le cas du césium 133,
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    la fréquence caractéristique
    est de 9 192 631 770 Hz.
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    Ce sont 9 milliards de cycles par seconde.
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    C'est une horloge vraiment rapide.
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    Peu importe l'expertise de l'horloger,
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    toute pendule, mécanisme à ressorts
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    ou quartz résonne à une fréquence
    légèrement différente.
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    Cependant, chaque atome de césium 133
    dans l'univers
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    oscille exactement à la même fréquence.
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    Alors, grâce à l'horloge atomique,
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    on obtient une lecture du temps avec
    une précision au milliardième de seconde,
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    et une mesure très précise
    de la distance au satellite.
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    Ignorons que tu es
    certainement sur terre.
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    On sait maintenant que tu es à une
    distance fixe du satellite.
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    Autrement dit, tu es quelque part
    sur la surface d'une sphère
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    centrée autour du satellite.
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    Mesure ta distance à un
    deuxième satellite
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    et tu obtiens une sphère
    chevauchant la première.
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    Répète cette opération,
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    et avec juste quatre mesures,
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    et une petite correction via
    la théorie de la relativité d'Einstein,
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    tu peux identifier ta position
    comme un seul point dans l'espace.
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    C'est tout ce qu'il faut :
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    un réseau de satellites multimillionnaire,
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    l'oscillation des atomes de césium,
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    la mécanique quantique,
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    la relativité,
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    un smartphone,
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    et toi.
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    Pas de problème !
Title:
Comment ton smartphone sait exactement où tu es ? - Wilton L. Virgo
Speaker:
Wilton L. Virgo
Description:

Voir la leçon entière : http://ed.ted.com/lessons/how-does-your-smartphone-know-your-location-wilton-l-virgo

Les applications de localisation GPS des smartphones peuvent être très pratiques pour suivre un itinéraire de voyage ou pour trouver des événements à proximité. Mais, comment ton smartphone sait où tu es ? Wilton L. Virgo explique comment la réponse se trouve à 19 000 kilomètres au dessus de ta tête, dans un satellite en orbite qui suit le temps au rythme d'un horloge atomique et qui marche grâce à la mécanique quantique.

Leçon de Wilton L. Virgo, animation par Nick Hilditch.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:04

French subtitles

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