La seconde intercalaire

Depuis toujours, on mesure le temps en observant le soleil. Les perfectionnements apportés à la précision et à la stabilité des horloges nous amènent toutefois à modifier nos pratiques en la matière, et la seconde intercalaire constitue le changement le plus récent et le plus infime. Le temps solaire apparent (le passage du temps que marquent les cadrans solaires) varie de façon prévisible durant l'année, pour diverses raisons, les principales étant l'inclinaison et l'excentricité de l'orbite terrestre. Pour mesurer adéquatement le temps, il faut donc calculer la moyenne de ces variations et établir une échelle de référence s'appuyant sur le temps de rotation moyen de la planète. On parle alors de temps universel (TU), d'heure zulu (Z) ou de temps universel coordonné (UTC). Le calcul des moyennes permet d'éliminer d'autres effets saisonniers et aléatoires. L'expression « temps moyen » fait donc allusion à l'usage d'une méthode pour calculer la moyenne. Ces méthodes varient, à l'instar du nom attribué au résultat obtenu.

L'échelle UT0 correspond à l'heure au méridien origine mesurée directementet sur le système de mesure local selon l'angle de rotation de la Terre, par observation et chronométrage du transit des étoiles et d'autres corps célestes. Une formule mathématique convertit ces observations en temps solaire moyen.

L'échelle UT1 correspond à l'échelle UT0, corrigée pour tenir compte du mouvement de l'axe terrestre (dérive des pôles). On utilise cette échelle pour la navigation astronomique et l'arpentage.

L'échelle UT2 correspond à l'échelle UT1, corrigée pour prendre en compte les variations saisonnières de la vitesse à laquelle tourne la Terre.

L'échelle UTC correspond à celle où la vitesse et le temps sont coordonnés grâce à des comparaisons internationales orchestrées en vertu de la Convention du Mètre. Le temps universel coordonné (UTC) est l'échelle de mesure du temps contemporaine. Elle fixe l'heure officielle partout dans le monde.

Avant 1972, la durée de la seconde sur chacune de ces échelles variait légèrement (de diverses manières), cela afin de compenser les fluctuations de la rotation terrestre. Depuis 1972 cependant, la durée de la seconde sur l'échelle UTC est fixe et correspond à la valeur moyenne établie par les horloges atomiques de la planète (Temps atomique international ou TAI). Pour que l'échelle UTC ne s'écarte pas de l'échelle UT1 de plus de 0,9 seconde, on y ajoute à l'occasion une seconde intercalaire.

Le Service international de la rotation terrestre et des systèmes (IERS), à Paris, a pour tâche de prévoir quand une nouvelle seconde intercalaire sera nécessaire. Cela fait, l'IERS signale aux laboratoires du temps des différents pays, comme le Conseil national de recherches du Canada, le moment où ils devront ajouter cette seconde. La seconde intercalaire peut être ajoutée à la dernière seconde (UTC) de n'importe quel mois, mais on privilégie ceux de juin et de décembre. Les horloges qui affichent la seconde intercalaire signaleront donc une 61^e seconde à ce moment. On pourra lire 23 h: 59 min: 60 secondes sur le cadran. Depuis 1972, on ajoute une seconde intercalaire au calendrier tous les 18 mois environ. Ces changements devraient devenir plus fréquents en raison du ralentissement graduel de la rotation terrestre. On pourrait aussi retrancher une seconde, c'est-à-dire la soixantième de la dernière minute du dernier jour du mois, mais cela ne s'est encore jamais révélé nécessaire.

L'information courante sur les secondes intercalaires se trouve dans notre BULLETIN TF-B.

Q'est-ce qu'une seconde intercalaire?

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.

L'information courante sur les secondes intercalaires se trouve dans notre BULLETIN TF-B.