La Terre tourne de plus en plus vite et personne ne sait pourquoi

Notre Terre fait un tour sur elle-même en 24 heures. C’est ainsi qu’est définie la durée du jour. Pourtant, la réalité est un peu plus complexe. Car notre planète n’est pas tout à fait aussi constante. Au fil du temps, elle a tendance à tourner de moins en moins vite. Cela se joue généralement en millisecondes. Mais depuis quelques années, la Terre semble vouloir, au contraire, tourner de plus en plus vite.

Résultat, le 29 juin 2022 a été le jour le plus court jamais enregistré par les horloges atomiques. C’est passé totalement inaperçu parce que le jour en question n’a duré que 1,59 milliseconde de moins que les 24 heures classiques. C’est tout de même plus court que le record du jour le plus court qui avait été enregistré… le 19 juillet 2020. Il était alors question de 1,47 milliseconde de moins que 24 heures. Ce record-là a d’ailleurs été à nouveau battu ce 26 juillet 2022. Avec un jour plus court de 1,50 milliseconde.

Une question d’oscillation de l’axe de rotation de la Terre ?

Mais qu’arrive-t-il à la Terre ? Plusieurs facteurs peuvent faire varier la vitesse à laquelle notre planète tourne. Les forces de marées, le climat et la fonte des glaces polaires ou les mouvements internes de l’atmosphère de notre Terre. Même le mouvement de nos satellites. Le mécanisme est difficile à décrypter. Et personne n’a à ce jour de certitudes quant à l’origine de l’accélération actuelle.

Certains pensent qu’elle est liée à l’oscillation de Chandler. Cette oscillation de l’axe de rotation de la Terre se traduit par un mouvement irrégulier des pôles géographiques à la surface du Globe. D’environ trois à quatre mètres. Mais entre 2017 et 2020, cette oscillation semble avoir tout simplement… disparu.

Quelle que soit l’origine du raccourcissement des jours, si le phénomène devait perdurer, il faudrait songer à instaurer une seconde intercalaire négative. Pour que nos horloges restent en phase avec le Soleil. Avec le risque que « sauter une seconde » pose quelques problèmes à nos systèmes informatiques. Mais selon les experts, nous n’y sommes pas encore. Il y a en effet 70 % de chances que nous ayons atteint un minimum dans la durée du jour…

La Terre a accéléré sa rotation en 2020 !

En 2020, pour la première fois depuis le début des mesures il y a 50 ans, la Terre a tourné plus vite qu’à son habitude. Et les scientifiques prévoient qu’il en sera de même en 2021. Aurons-nous recours à une seconde intercalaire pour réajuster le temps ? La question est posée.

Article de Nathalie Mayer paru le 15/01/2021

Nous avons tous eu envie d’en finir au plus vite avec cette année 2020. Et il semblerait que même la Terre ait tout mis en œuvre pour y parvenir. Elle s’est mise à tourner un peu plus rapidement que d’habitude. Jusqu’alors, le record du jour le plus court était détenu par le 5 juillet 2005. Notre Planète avait alors tourné sur elle-même en 1,0516 milliseconde de moins que les 86.400 secondes moyennes que dure un jour. En 2020, ce record a été battu… 28 fois ! Et le 19 juillet a établi un nouveau record avec un jour plus court de 1,4602 milliseconde.

Pas de quoi s’alarmer toutefois. Un certain nombre de circonstances peuvent faire varier légèrement la vitesse de rotation de la Terre. Les mouvements de son cœur, de ses océans, de son atmosphère. Et d’autres encore. D’ailleurs à 27 reprises déjà depuis 1972, il a fallu recourir à une seconde intercalaire pour réajuster le temps astronomique et le temps donné par les horloges atomiques. En 2016, une seconde a ainsi été ajoutée le 31 décembre à 23 heures, 59 minutes et 59 secondes.

Retirer une seconde intercalaire ?

Mais, à l’heure où la communauté internationale se questionne sur le bienfondé du principe, pour la première fois, les scientifiques se demandent s’il va falloir retirer une seconde intercalaire. Car en 2021, ils attendent que la Terre tourne au moins aussi vite.

Selon leurs calculs, en 2021, le jour moyen devrait durer 0,07 milliseconde de moins que les 86.400 secondes moyennes. Le 9 juillet pourrait marquer un nouveau record avec un jour de 1,88 milliseconde plus court. Sur l’année entière, les horloges atomiques pourraient accumuler un retard de quelque 24 millisecondes. Mais en principe, le recours à une seconde intercalaire n’intervient que lorsque la différence dans la durée du jour dépasse les 400 millisecondes. Ainsi en 2016, nous avions dépassé les 490 millisecondes.

Une seconde de plus en 2016 : quand la Terre ralentit

C’est bien connu, le temps c’est de l’argent. Afin de maintenir la cohérence entre le temps des horloges atomiques et celui déterminé à partir de la rotation de la Terre, qui n’est pas constant, une seconde de temps supplémentaire dite intercalaire va être ajoutée le 31 décembre 2016.

Article de Laurent Sacco paru le 30/12/2016

Depuis 1972, le Bureau central du service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence situé à l’Observatoire de Paris ajoute sporadiquement une seconde au Temps universel coordonné (UTC). La rotation de la Terre, qui sert à définir le temps universel (TU) à partir de l’orientation de la Terre par rapport aux étoiles, n’est pas constante dans le temps. Il faut donc faire des ajustements si l’on veut être en accord avec le temps UTC, qui est bien plus stable car basé sur des horloges atomiques.

Il faut garder à l’esprit toutefois que les modifications de la rotation de la Terre ne se font pas de façon régulière. Ainsi, la seconde de temps universel à ajouter ne résulte pas d’une diminution à une vitesse constante de celle de la rotation de notre planète. Il en résulte que cet ajout peut intervenir sur plusieurs années consécutives ou, au contraire, être différé pendant une durée indéterminée. Il se pourrait même que l’on soit un jour amené à retrancher une seconde.

Le temps de la seconde intercalaire est compté…

Toujours est-il que depuis l’instauration de ce système, on a dû ajouter 26 secondes à l’UTC. Ces ajouts sont en général programmés soit pour un 1er janvier, soit pour un 1er juillet à 0 heure. Un 27^e est prévu pour le passage de l’année 2016 à 2017.

L’ajout d’une seconde intercalaire est destiné à disparaitre car la globalisation des échanges avec Internet et l’usage des satellites, notamment avec le GPS, s’accommodent mal d’un temps qui n’est pas uniquement basé sur les horloges atomiques. La disparition d’un temps UT au profit d’un temps UTC s’accompagnera néanmoins d’autres problèmes qu’il faut résoudre. En attendant, la pratique de la seconde intercalaire est maintenue au moins jusqu’en 2023.

Une seconde de plus en 2005

Article de l’Observatoire de Paris publié le 30/12/2005

Le 1er janvier 2006, à 1 heure du matin, il faudra retarder les montres d’une petite seconde. Très exceptionnellement, la minute entre minuit 59 minutes et 1 heure durera une seconde de plus que la normale, soit 61 secondes au lieu de 60. Toute horloge qui comptera l’habituelle 60 secondes pour cette minute affichera donc « 1 heure » avec une seconde d’avance, et devra être corrigée, du moins pour ceux qui ont besoin de l’heure légale à la seconde près.

Dans l’échelle de temps internationale « UTC », cette seconde supplémentaire, ou « intercalaire » comme on la désigne, interviendra le 31 décembre 2005 juste avant minuit. Les scientifiques ont donc tendance à considérer qu’elle appartient à 2005. Mais en France, à cause du décalage horaire par rapport à UTC en période d’heure d’hiver (+1 h), elle arrivera bel et bien à 1 heure le 1er janvier… 2006.

C’est à l’Observatoire de Paris que se joue cette seconde. En effet, le département Systèmes de Référence Temps-Espace – SYRTE, par ses activités dans les domaines de la mesure de la rotation de la Terre et de la métrologie du temps, joue un rôle clé dans cet événement.

La rotation de la Terre sur elle-même qui détermine le passage des jours et des nuits, ralentit sur le long terme, à cause principalement des effets d’attraction luni-solaire. De plus, notre planète est perturbée par ses constituants internes (noyau, manteau) et externes (atmosphère, océans).

Or, le temps est aujourd’hui mesuré par des moyens insensibles aux humeurs de la Terre, grâce à 250 horloges atomiques appartenant à plusieurs pays du globe, dont 25 en France. Ensemble, elles permettent de calculer le Temps Universel Coordonné – UTC (1).

Et l’UTC est si régulier qu’il apparaît rapidement un décalage entre lui et le temps des jours et des nuits déterminé par la rotation de la Terre sur elle-même.

Ce décalage pouvant être gênant pour certaines applications, un accord international signé en 1972 stipule que la différence entre les deux ne doit jamais dépasser une seconde (2). C’est à cela que servent les secondes intercalaires : quand le décalage entre UTC et le temps lié à la rotation de la Terre s’approche d’une seconde, l’insertion d’une seconde intercalaire dans UTC permet de recaler ces deux échelles entre elles.

L’Observatoire de Paris assure des services scientifiques confiés par des organismes nationaux et internationaux. C’est à ce titre qu’une composante du Service International de la Rotation Terrestre et des Systèmes de Référence – IERS, implanté au SYRTE, est responsable de la prédiction et de l’annonce de ces secondes intercalaires. Cette décision est ensuite mise en oeuvre par les autorités internationales et nationales responsables de la diffusion du temps.

Ralentissement à long terme de la vitesse de la rotation de la Terre depuis 1830 (en rouge).
La courbe en rose représente l’influence du noyau fluide de la Terre.

Pour la France, c’est le LNE-SYRTE (3) qui est chargé de cette mission. Cette autre composante du SYRTE fabrique le Temps Universel Coordonné de l’Observatoire de Paris – UTC(OP). Cette référence de grande précision est utilisée par l’horloge parlante de France Telecom, hébergée à l’Observatoire de Paris, pour diffuser le temps légal français ; on peut l’écouter en composant le 36 99. Le temps légal basé sur UTC(OP) est également diffusé de manière transparente par encodage sur l’onde porteuse de France Inter, de manière à pouvoir être utilisé à tout moment par des laboratoires, des industriels, des collectivités, etc., partout en France métropolitaine (4).
Des discussions internationales en cours depuis plusieurs années pourraient mener à une modification de ce système. UTC deviendrait alors dissocié de la rotation de la Terre et nous n’aurions plus à rajouter de secondes intercalaires.

Notes :

(1) Le Bureau International des Poids et Mesures – BIPM, organisme international situé à Sèvres, est chargé du calcul de UTC. Il s’agit d’une échelle de temps dite « papier », connue avec un retard de jusqu’à 6 semaines. Tout pays ayant besoin d’une métrologie du temps performante doit réaliser sa propre version approximative de UTC en temps réel. Pour la France, cette référence est le Temps Universel Coordonné de l’Observatoire de Paris – UTC(OP).

(2) Jusqu’en 1960, l’unité de seconde était définie comme la 86400ème partie d’un jour solaire moyen de l’année 1900. Aujourd’hui elle se définit comme 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133.

(3) Un contrat cadre entre le Laboratoire National de Métrologie et d’Essais – LNE, l’Observatoire de Paris et le CNRS crée, au sein du SYRTE, le LNE-SYRTE, laboratoire chargé de réaliser et de mettre à disposition les références nationales pour la métrologie du temps et des fréquences.

(4) Un partenariat entre la Chambre Française de l’Horlogerie et des Microtechniques – CFHM et le LNE gère ce moyen de diffusion du temps légal.