264 milliards d’années pour perdre une seconde, l’horloge au lutétium qui défie le césium

Publié le 10 octobre 2026 · Mis à jour le 11 octobre 2026 à 16h56

Votre montre certifiée chronomètre a le droit d’avancer de 6 secondes par jour, selon la norme du COSC. À Singapour, deux horloges au lutétium ne s’écarteraient d’une seconde qu’en 264 milliards d’années. Le Centre for Quantum Technologies de l’Université nationale de Singapour (NUS) a publié ce résultat dans la revue Nature le 23 septembre 2026. Son incertitude est près de quatre fois plus faible que celle du précédent record, et le communiqué de NUS la donne comme la plus faible jamais rapportée pour une horloge optique. Sa marge couvre près de vingt fois l’âge de l’Univers.

L’horloge au lutétium de l’Université nationale de Singapour, décrite dans Nature le 23 septembre 2026, dériverait d’au plus 0,3 milliardième de seconde sur une vie humaine de 80 ans. Sur la même durée, un chronomètre réglé à la limite de la norme prendrait deux jours d’avance. En 0,3 milliardième de seconde, la lumière parcourt 9 centimètres : la largeur d’une paume.

Ces durées traduisent une incertitude systématique de 1,2 × 10⁻¹⁹ pour la première horloge et de 1,3 × 10⁻¹⁹ pour la seconde. C’est une marge d’erreur sur la fréquence, calculée à partir des perturbations connues. Personne n’a regardé l’horloge tourner 264 milliards d’années.

Pourquoi le lutétium fait mieux que le césium ?

La seconde est aujourd’hui définie par l’atome de césium 133, qui oscille 9 192 631 770 fois par seconde. Les horloges optiques battent beaucoup plus vite. La transition du lutétium répond à un laser de 848 nanomètres, ce qui correspond à plus de 350 000 milliards d’oscillations par seconde. Plus la seconde est découpée finement, plus la mesure gagne en exactitude. Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) le reconnaît : les meilleures horloges optiques affichent des incertitudes cent fois plus faibles que les fontaines au césium.

Un seul ion de lutétium 176, piégé par des champs électriques, sert de balancier à chaque horloge de NUS. Sa transition réagit très peu à la chaleur ambiante et aux champs magnétiques parasites, deux grandes sources d’erreur des horloges optiques. Selon l’équipe, l’horloge resterait stable des températures records de la Vallée de la Mort jusqu’au froid du plateau antarctique. Le précédent record, une horloge à ion calcium de l’Académie chinoise des sciences à Wuhan, affichait 4,4 × 10⁻¹⁹ (annonce de mars 2026). Pour y parvenir, il fallait la refroidir à l’azote liquide.

Le graphique convertit les derniers records en durée nécessaire pour accumuler une seconde d’écart. L’horloge au strontium du laboratoire JILA, à Boulder (Colorado), tenait 39 milliards d’années avec 8,1 × 10⁻¹⁹ (Physical Review Letters, 2024).

Deux horloges pour en vérifier une

Un vieil adage d’horloger prévient qu’avec deux montres, on n’est jamais sûr de l’heure. L’équipe de Murray Barrett, avec Kyle Arnold et Michael Lee, a pourtant construit deux horloges au lutétium pour les confronter. Les mesures ont duré 200 heures, réparties sur 12 jours, selon ScienceAlert. Les deux fréquences concordent à 5,7 × 10⁻¹⁹ près, et leur écart est compatible avec zéro. « Je suis convaincu que nous avons désormais l’horloge la plus exacte du monde », affirme Murray Barrett dans le communiqué de NUS.

Sur une vie de 80 ans, l’écart maximal des deux horloges de Singapour tombe à un tiers de milliardième de seconde.

Cette comparaison est assez fine pour distinguer deux horloges posées à 5 millimètres de hauteur l’une de l’autre, précise NUS. La relativité générale veut qu’une horloge plus basse, plus proche de la masse terrestre, batte plus lentement. Une horloge de ce niveau devient donc un instrument de mesure de la gravité. Les chercheurs citent le suivi des variations du champ de gravité terrestre et celui du magma sous les volcans. Ils visent aussi des tests de physique fondamentale.

Et chez nous ?

La seconde se discute à Versailles du 13 au 15 octobre

À l’Observatoire de Paris, le laboratoire SYRTE réalise la seconde avec des fontaines atomiques. Leur exactitude se chiffre en quelques 10⁻¹⁶, contre 1,2 × 10⁻¹⁹ pour l’horloge de Singapour. Une fontaine à 2 × 10⁻¹⁶ s’écarterait d’environ un demi-millionième de seconde en 80 ans : plus de mille fois l’écart du lutétium.

Ces fontaines nourrissent le temps universel coordonné (UTC), l’échelle qui a reçu 27 secondes intercalaires en 54 ans. La Conférence générale des poids et mesures réunit les États membres au Palais des congrès de Versailles du 13 au 15 octobre 2026. La feuille de route du BIPM prévoit d’y examiner les propositions pour remplacer le césium. Une nouvelle définition ne serait ratifiée qu’en 2030 au plus tôt. Deux options principales restent sur la table : un seul atome optique, ou une moyenne pondérée de plusieurs. Le césium ne disparaîtra pas : ses horloges resteront des étalons secondaires et continueront d’alimenter UTC.

À Singapour, l’étape suivante est fixée : faire tenir l’horloge au lutétium dans un système transportable, pour mesurer la gravité sur le terrain.

Article créé en collaboration avec l’IA.