La physique n'a pas tranché ce qu'est le temps, mais elle en a fixé la mesure. Depuis 1967, la seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes d'une radiation de l'atome de césium 133 ; depuis Einstein et 1905, le temps d'un événement est l'indication d'une horloge placée à côté de lui. L'expérience le confirme : en 1971, quatre horloges atomiques ayant fait le tour du monde en avion sont revenues désaccordées de celles restées au sol, dans les marges prédites par la relativité, et les horloges des satellites GPS avancent d'environ 38 microsecondes par jour sur les nôtres. L'existence d'un temps fondamental reste débattue entre physiciens ; sur sa mesure, en revanche, le consensus demeure, et son histoire est celle de l'horlogerie.

Le 9 mars 1911, la loi a donné à la France son heure : « le temps moyen de Paris retardé de neuf minutes vingt et une secondes ». Derrière la soustraction se tenait l'heure de Greenwich, que le texte se gardait de nommer. La France a vécu à cette heure, en hiver du moins, jusqu'à l'Occupation ; la formule est restée la base légale jusqu'en 1978. Pendant soixante-sept ans, les gares, les écoles et les clochers du pays ont lu une heure déduite d'un calcul.

Une phrase de loi qui fabrique l'heure d'un pays : la scène a de quoi retenir un amateur de montres. Elle résume ce que la physique moderne a fini par admettre à sa manière : le temps que nous lisons n'a été trouvé nulle part, tout fait ; il s'est construit, instrument après instrument, décret après décret. Les physiciens débattent encore de ce qu'est le temps ; sa mesure, elle, a une histoire datée, et cette histoire est celle des horlogers.

Une définition qui se dérobe

Augustin le notait déjà dans ses Confessions : le temps, il savait ce que c'était tant que personne ne le lui demandait ; dès qu'il fallait l'expliquer, il ne le savait plus. Seize siècles plus tard, la définition se dérobe encore ; la physique a fini par prendre un autre chemin. Les théories en usage ne s'accordent pas sur ce qu'est le temps ; elles s'accordent en revanche sur la manière de le mesurer. Les textes du Système international d'unités fixent la seconde à dix chiffres ; la définition du temps lui-même n'y figure nulle part.

Ce pas de côté semble laisser une seule prise solide à qui veut comprendre : l'instrument qui compte le temps, par lequel toute cette histoire s'est faite.

Chaque horloge bat son propre temps

En 1905, dans « Sur l'électrodynamique des corps en mouvement », Einstein tranche en horloger : le temps d'un événement, c'est l'indication d'une horloge placée à côté de lui, synchronisée avec les autres. On lui prête depuis une formule plus courte, selon laquelle le temps est ce que mesure l'horloge ; le siècle suivant a pris cette idée au mot.

En octobre 1971, Joseph Hafele et Richard Keating font faire deux fois le tour du monde à quatre horloges atomiques au césium, sur des vols commerciaux : une fois vers l'est, une fois vers l'ouest. Comparées à celles restées au sol, elles reviennent du premier voyage avec 59 milliardièmes de seconde de retard, du second avec 273 d'avance. Les écarts tombent dans les marges prédites par la relativité, et les résultats paraissent dans la revue Science en 1972. Aucune horloge ne s'était déréglée : chacune avait battu le temps de son trajet.

Le GPS vit de cette différence : en orbite, les horloges des satellites prennent environ 38 microsecondes d'avance par jour sur celles du sol ; la gravité plus faible leur en donne 45, tandis que leur vitesse leur en retire 7. Sans correction, la position calculée dériverait d'une dizaine de kilomètres par jour.

En 2022, une horloge optique au strontium du laboratoire américain JILA a mesuré l'écart de marche entre le haut et le bas d'un même nuage d'atomes : un millimètre de dénivelé suffit, et le haut vieillit plus vite que le bas. Ces expériences laissent voir des horloges, chacune la sienne ; le temps universel qui les accorderait toutes ne figure dans aucun relevé. L'histoire des instruments finit alors par se mêler à celle du temps qu'ils donnent.

La minute et la seconde sont des inventions

Les astronomes de Mésopotamie ont légué la base soixante ; l'Égypte ancienne, le partage du jour en douze puis vingt-quatre heures. L'ombre d'un gnomon vers 1500 avant notre ère, le filet d'eau d'une clepsydre un siècle plus tard : pendant trois millénaires, mesurer le temps a consisté à suivre le ciel ou un écoulement.

La rupture sonne à la fin du XIIIᵉ siècle. En 1283, les annales de l'abbaye anglaise de Dunstable signalent l'une des premières horloges mécaniques ; Milan et Salisbury suivent entre 1300 et 1320 ; en 1370, Henri de Vick installe la sienne au Palais de la Cité pour Charles V. Leurs cloches découpent la journée des villes ; la ville entière entend la même heure au même moment, et le rendez-vous se prend désormais à l'horloge.

À mesure que l'instrument progresse, de nouvelles unités entrent dans les journées. Galilée observe vers 1582 que le pendule bat ses allers-retours à durée constante. Christiaan Huygens en tire la première horloge à pendule en 1656, puis applique en 1675 le ressort spiral au balancier. La minute et la seconde sortent alors des traités d'astronomie pour entrer dans les journées. Avant ces horloges, personne ne vivait à la minute : sans pendule, une horloge dérivait d'environ un quart d'heure par jour ; avec lui, d'une quinzaine de secondes. Cette lignée d'instruments, nous l'avons racontée dans notre histoire des horloges et des montres ; ce qui compte ici est ce qu'elle a fait au temps.

Une seule heure pour la France

Jusqu'à la fin du XIXᵉ siècle, chaque ville française vivait à son heure solaire, et le chemin de fer a rendu cette mosaïque intenable. La loi du 14 mars 1891 aligne la métropole et l'Algérie sur le temps moyen de Paris ; celle du 9 mars 1911 retarde ce temps de neuf minutes vingt et une secondes, la phrase par laquelle cet article s'ouvre. En deux textes, des millions de cadrans se retrouvent à la même heure : une heure de papier, tenue par des horloges.

La seconde du césium

En 1949, le National Bureau of Standards américain fait fonctionner la première horloge atomique, à l'ammoniac. Louis Essen et Jack Parry lancent ensuite, en 1955 au Royaume-Uni, la première horloge à jet de césium. La logique s'inverse en 1967, lorsque la 13ᵉ Conférence générale des poids et mesures définit la seconde comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133. La définition a été reformulée en 2018, à chiffre inchangé. On réglait l'horloge sur le ciel ; depuis cette résolution, la seconde est un battement d'horloge, et le temps atomique international comme l'UTC, les échelles de référence du monde, sont tenus par ces instruments.

Les physiciens, eux, continuent de se disputer l'arrière-plan. Carlo Rovelli soutient dans L'Ordre du temps (2018) que la variable temps disparaît des équations fondamentales : le temps émergerait à notre échelle. Lee Smolin, qui a pourtant cofondé la même théorie de gravité quantique, défend la position inverse dans La Renaissance du temps (2013) : le temps est bien réel, et ce sont les lois qui évoluent. Les horloges atomiques, elles, continuent de compter leurs périodes de césium, imperturbables. Et la montre au poignet, dans tout cela ?

Un balancier au poignet

Le 25 décembre 1969, la Seiko Astron 35SQ loge un oscillateur à quartz dans une montre-bracelet, avec un écart d'environ cinq secondes par mois ; en 1976, la Citizen Crystron Solar Cell alimente le sien à la lumière, et la précision de laboratoire descend au poignet.

Une montre mécanique suit une autre voie : sans antenne, sans signal et sans pile, elle ne reçoit l'heure de personne. Son balancier bat son propre temps, plusieurs fois par seconde, sous le contrôle de son spiral ; son énergie vient d'un ressort que la couronne ou le poignet remonte. Une réserve d'énergie, un régulateur, un rouage : le principe des premières horloges à poids, ramené du clocher au bracelet. Sept siècles plus tard, les mouvements mécaniques fabriquent encore le temps à hauteur d'homme, roue par roue, et les montres à remontage automatique confient simplement l'armage du ressort aux gestes du poignet.

Cloche après cloche, pendule après pendule, l'horlogerie a construit ce qu'elle prétendait mesurer. La minute et la seconde sont entrées dans nos journées par des horloges ; la seconde officielle d'aujourd'hui vit dans une autre, au césium, tandis qu'à votre poignet, en ce moment, un balancier fabrique la sienne. Que le temps existe au fond des équations, les physiciens en débattent encore ; ce qui tourne sous votre verre n'attend pas leur réponse.

Vos questions sur le temps et sa mesure

Le temps existe-t-il vraiment ?

La question reste débattue parmi les physiciens. Carlo Rovelli (L'Ordre du temps, 2018) observe que la variable temps disparaît des équations fondamentales de la physique et suggère que le temps émerge à notre échelle ; Lee Smolin (La Renaissance du temps, 2013) soutient au contraire que le temps est réel et que ce sont les lois de la nature qui évoluent. Aucun consensus n'existe sur la nature du temps ; sa mesure, en revanche, fait l'unanimité : la seconde est définie depuis 1967 par une transition de l'atome de césium 133, et les horloges atomiques tiennent les échelles de temps de référence du monde entier.

Qui a inventé l'heure ?

Personne n'a inventé l'heure à lui seul : elle s'est construite par couches. Le découpage du jour en douze puis vingt-quatre heures vient de l'Antiquité égyptienne, la base soixante des minutes et des secondes des astronomes de Mésopotamie. Les premières horloges mécaniques à poids apparaissent à la fin du XIIIᵉ siècle (l'abbaye de Dunstable en signale une dès 1283, Milan et Salisbury suivent entre 1300 et 1320) ; les horloges de ville sonnent des heures égales à partir du milieu du XIVᵉ siècle. La minute et la seconde ne sont entrées dans la vie quotidienne qu'avec les horloges de Christiaan Huygens (pendule en 1656, ressort spiral au balancier en 1675), et la France entière ne vit à la même heure que depuis la loi du 14 mars 1891.

Pourquoi dit-on que le temps est relatif ?

Parce que la mesure du temps dépend du mouvement et de la gravité, comme la relativité d'Einstein le prédit depuis 1905 et comme l'expérience le confirme. En octobre 1971, quatre horloges atomiques embarquées sur des vols commerciaux autour du monde ont perdu 59 nanosecondes vers l'est et gagné 273 vers l'ouest par rapport aux horloges restées au sol (expérience Hafele-Keating, publiée dans Science en 1972). Les horloges des satellites GPS avancent d'environ 38 microsecondes par jour sur celles du sol, et en 2022 le laboratoire JILA a mesuré un écart de rythme entre le haut et le bas d'un nuage d'atomes d'un millimètre de hauteur seulement.

Comment la seconde est-elle définie aujourd'hui ?

Depuis 1967, la seconde est « la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 », selon la résolution de la 13ᵉ Conférence générale des poids et mesures. La 26ᵉ Conférence a reformulé le texte en 2018, à valeur fixée : le chiffre, lui, n'a pas bougé.

Depuis quand toute la France vit-elle à la même heure ?

Depuis la loi du 14 mars 1891, qui a fait du temps moyen de Paris l'heure légale de la France métropolitaine et de l'Algérie ; auparavant, chaque ville vivait à son heure solaire. La loi du 9 mars 1911 a ensuite défini l'heure légale comme « le temps moyen de Paris retardé de neuf minutes vingt et une secondes », ce qui revenait à adopter l'heure de Greenwich sans la nommer. La France a vécu à cette heure, en hiver du moins, jusqu'à l'Occupation, puis a gardé une heure d'avance à partir de 1945 ; la formule de 1911 est restée la base légale jusqu'au décret de 1978, qui l'a remplacée par le temps universel coordonné.

Une montre mécanique mesure-t-elle le même temps qu'une horloge atomique ?

Une montre mécanique donne la sienne : son balancier oscille plusieurs fois par seconde sous le contrôle de son spiral, et sa marche dépend de son réglage ; l'horloge atomique compte, elle, des milliards de périodes d'une radiation du césium. L'heure commune que nous partageons vient des échelles TAI et UTC, tenues par des ensembles d'horloges atomiques ; la montre mécanique s'en approche à sa façon, et se recale d'un geste à la couronne.

Notre avis

Depuis 1984, nous vendons à Thionville des instruments de mesure du temps. Un débat de physiciens sur l'existence du temps pourrait sembler loin de nos vitrines ; il rejoint pourtant notre quotidien. Chaque montre mécanique que nous mettons à l'heure repart avec un battement qui n'appartient qu'à elle : nous armons un ressort, nous posons l'heure, et l'objet fabrique la suite. Nous ne trancherons pas entre Rovelli et Smolin ; nous constatons ce que sept siècles d'horlogerie ont peu à peu installé dans nos gestes, d'une cloche d'abbaye à la couronne que l'on remonte le matin : le temps que nous vivons a pris forme dans les ateliers d'horlogerie, et ce savoir change le regard que l'on pose sur un cadran.