La mesure du temps

Les GPS

Le GPS (Global Positioning System), le système américain de géolocalisation, est opérationnel depuis 1995 avec la présence permanente de 24 satellites en orbite circulaire à 20 000 km.

Les satellites en orbite émettent des signaux électromagnétiques dans le domaine micro-onde.

Le récepteur GPS, au point A, capte les signaux d'au moins trois satellites, calcule les temps de propagation correspondants et estime les distances L₁, L₂ et L₃ (les ondes se propagent à la vitesse de la lumière). L'ensemble des points à la distance L₁ est une sphère de centre le satellite S₁ et de rayon L₁ ; il en est évidemment de même pour les deux autres satellites.

Les trois sphères se coupent en deux points seulement, dont le point A où se trouve le récepteur GPS. On définit ainsi sa latitude, sa longitude et son altitude.

Des corrections sur la mesure des distances sont nécessaires pour conduire à la précision standard recherchée, de l'ordre de 10 à 15 m. Elles impliquent la théorie de la relativité restreinte et généralisée, car les satellites se déplacent à grande vitesse et à haute altitude; des corrections dues à la traversée des signaux dans l'atmosphère terrestre et à diverses influences électriques sont incluses dans le programme de calcul.

Le problème crucial de la synchronisation des horloges des satellites et du récepteur est résolu en comparant les signaux d'au moins quatre satellites: ainsi, une erreur de synchronisation de 10^-6 s pourrait induire une incertitude sur terre de l'ordre de 300 m.