Samedi 31 mai 2008 6 31 /05 /Mai /2008 20:58

Mesurer le temps 1/2

Prendre la mesure du Temps

Le temps, mais « qu’est-ce que le temps ? Si personne ne me le demande, je le sais ; mais si on me le demande et que je veuille l’expliquer, je ne le sais plus[1] ». Sans doute nul autre mieux que Saint Augustin n'a posé, du moins avec autant “ d'acuité et de simplicité ” le problème inhérent à l'idée de temps ; sans pourtant le résoudre. Mais qui serait en mesure de l'expliquer facilement et brièvement ? Qui pourrait se vanter de le concevoir même en pensée suffisamment nettement pour exprimer l'idée qu'il s'en fait ? Sans doute est-ce parce que le temps semble échapper à l'idée que nous nous en faisons, qu’il s’avère être dans bien des cas source de mal-aise, voire d’un mal-être tant dénoncé aujourd'hui. S’il fut de tout temps, un thème privilégié des philosophes, il n’en demeure pas moins celui qui leur posa le plus grand nombre de problèmes. A tel point d’ailleurs que certains d’entre eux, en proie autant aux apories qu’aux contradictions, ont préféré tenter d’en réfuter l’existence.

L’essence du temps est donc une énigme. D’ailleurs, il serait peut-être opportun, sinon nécessaire, avant même de tenter à définir le temps de savoir ce que nous cherchons à définir. S’agit-il du temps quantitatif ? Faisons-nous référence au temps subjectif ? Envisageons-nous le temps historique ? Existe-t-il un temps universel ? Peut-on parler d’un temps cosmique ? Le temps de la conscience, de ma conscience coïcide-t-il avec le temps tel que le conçoit le physicien ? Du temps objectif de nos horloges au temps subjectif qui est mien y a-t-il une différence de nature ou bien seulement de degré ? Le temps n’est rien, mais tout est dans le temps. Les philosophes s’évertuent à le répéter depuis des siècles : « le passé n’est plus, l’avenir n’est pas et le présent n’est rien [2] ». Et pourtant, en dépit de ce fait aussi incontesté qu’incontestable, l’histoire du temps ne cesse de nous montrer la mesure du temps comme paradigme du temps passé, présent et à-venir. En un mot, l’humanité ne semble pas pouvoir renoncer à mesurer le temps qui passe. Mais peut-on prendre la mesure du temps ? Pourquoi afficher une telle volonté, une telle détermination, à mettre le temps en mesure ? Cette opiniâtreté à vouloir mesurer le temps n’a-t-elle pour fin que de définir la pluralité des temps, de rendre possible cette tâche, considérée jusqu’alors comme révélée irréalisable, ou bien vise-t-elle seulement à conjurer un temps dont on voudrait qu’il suspende son vol pour l’éternité ?

De la mensurabilité du temps

À l’aube du IIIe millénaire nul ne peut ignorer le compte à rebours du temps, inscrit sur la Tour Eiffel. Qu’est-ce à dire ? Que le temps se donne aussi bien à voir qu’à interpréter sous forme d’unités. S’il est, comme l’affirmait Aristote, « le nombre du mouvement selon l’avant et l’après », force de reconnaître non seulement qu’il se déroule selon la succession des moments, lesquels scandent les changements auxquels sont soumis les phénomènes. Force est de reconnaître aussi l’ambition de mesurer le temps a coïncide avec la recherche d’un mouvement absolument régulier, suscitant par là même la réalisation de techniques de plus en plus sophistiquées, en partant des cadrans solaires pour aboutir aux horloges atomiques.

Or nul ne peut contester que le temps se donne à voir à travers des unités de mesure qui nous sont familières : secondes, minutes, heures, jours, semaines, mois, années... D’ailleurs, dès la plus haute Antiquité, les hommes ont manifesté cette volonté de mesurer le temps. La technique de mesure était certes simple, sinon simpliste au départ, puisqu’il s’agissait uniquement de prendre pour étalon un mouvement régulier. On trouve ainsi le cycle solaire comme premier mouvement régulier auquel les hommes ont manifesté de l’attention eu égard à la mesure du temps. La subdivision de l’année solaire en unités de temps mieux adaptés aux rythmes de l’évolution de l’espèce, que nous connaissons fort bien aujourd'hui, trouve, quant à elle, son origine dans des conventions purement humaines. Les Babyloniens, par exemple, divisaient l’année en 12 mois de 30 jours auxquels ils ajoutaient un mois supplémentaire tous les six ans afin de se « mettre à jour » avec le calendrier solaire. Il ne fait d’ailleurs nul doute que depuis fort longtemps les hommes disposent d’instruments de mesure plus ou moins perfectionnés. À l’heure où St Augustin a rédigé ses Confessions, il y a tout lieu de penser, que pour se repérer dans le temps il avait à sa disposition un cadran solaire, un sablier, peut-être même une clepsydre. Si l’horloge hydraulique ne fait son apparition qu’au XIIe siècle il faudra attendre le XIVe siècle pour voir apparaître l’horloge mécanique, et le XIXe pour voir l’avènement de la fée Électricité, à l’origine de l’horloge électrique. Aujourd'hui qui ne dispose pas d’une montre à quartz, d’un réveil radio-commandé ?

La répartition du temps en jours, mois, années, remonte donc à la préhistoire. Quant à l’institution des calendriers, elle caractérise les plus anciennes civilisations ; toutes deux manifestant la volonté, d’origine tout autant pragmatique que religieuse, de mesurer le temps. Ainsi, la science antique ne fit que perfectionner le comput empirique des jours et des heures en créant d’une part l’astronomie, fondée sur la croyance au mouvement régulier des astres, et les instruments primitifs de mesure du temps d’autre part, comme le cadran solaire et la clepsydre. Il est du reste à noter que du cadran solaire à l’horloge atomique, les progrès de la métrologie ont joué un rôle déterminant dans la définition du temps lui-même. Mais justement qu’est-ce qu’une échelle du temps[3] ?

L’échelle du temps

Le problème de la mesure du temps a pu longtemps être confondu avec de la définition du temps lui-même. En effet, si l’on considère ce dernier comme une échelle servant à déterminer une grandeur extensive[4], dont les divisions permettent d’assigner des dates à des événements simultanés, et surtout dont les différences entre ces divisions fournissent la mesure de la durée qui s’écoule entre elles, alors il semble ne pas y avoir de différence entre disposer d’un temps d’une part et d’une méthode de mesure des durées d’autre part. Certes on pourrait nous objecter qu’il est toujours possible de s’interroger sur l’identité de durées, censées correspondre à des écarts égaux entre des divisions homologues (années, de jours, de secondes...), mais nous répondrions alors qu’il s’agit dans ce cas d’un problème central de la mesure du temps, lequel a justement donné naissance à une histoire parcourant tous les âges de l’humanité jusqu’au nôtre. La vie sociale contraint de prendre le jour, de quelque manière[5]  qu’on le définisse comme étalon de son échelle de temps. Cette échelle rencontre pourtant une difficulté insurmontable ; et cela dans le mesure où les divisions du temps plus larges - auxquelles la vie sociale doit également se conformer - ne comptent pas un nombre entier de jours. Une lunaison compte apparemment 29 ou 30 jours, mais il ne s’agit là que d’une approximation. Une année solaire compte au moins 365 jours, mais ce n’est toujours qu’une approximation. Certaines civilisations, nomades plus qu’agraires, du moins à l’origine, ont voulu se conformer principalement au cycle lunaire. Ainsi, le calendrier musulman compte en une année douze mois ayant alternativement 29 et 30 jours. Cependant le douzième mois, qui devrait être de 29 jours, compte 30 jours dans les années dites « abondantes » qui reviennent 11 fois dans un cycle de 30 ans. De cette façon, les années qui comptent 354 ou 355 jours rattrapent de la meilleure façon possible le cycle lunaire. De cette manière, le mois du ramadan, qui est le neuvième mois de l’année, parcourt régulièrement les mois du calendrier grégorien, lequel obéit à d’autres exigences. Dans d’autres civilisations, notamment celles plus soucieuses de se conformer au cycle annuel du Soleil dont dépendent les saisons, et par conséquent les semailles et les récoltes, on a choisi d’ajouter un treizième mois lunaire aux douze mois habituels, cela uniquement lorsque le décalage entre saisons et lunaisons de l’année devient insupportable. Selon le cycle de Méton [6], il est nécessaire d’ajouter sept fois en dix neuf ans un treizième mois ; mois qui contiennent 29 ou 30 jours, mais pas toujours de façon alternative. Les astronomes d’Alexandrie avaient pourtant, depuis l’époque hellénique, préparé la solution de l’année que nous nommons « bissextile » c'est-à-dire celle qui assigne à l’année 366 jours, tous les quatre ans. Mais personne n’eut suffisamment d’autorité pour faire appliquer cette échelle du temps. Ce n’est donc que sous le règne de Jules César qu’un nouveau calendrier s’imposa, non seulement en Egypte, mais dans l’empire tout entier. Malheureusement la correction était trop forte et l’année prenait du retard, un retard tel, que la fête de Pâques qui ne pouvait avoir lieu qu’après le 21 mars date à laquelle avait été un peu imprudemment fixé l’équinoxe du printemps, au IVe s. de notre ère, s’avançait dangereusement vers l’été. Cette solution du calendrier julien ne s’avéra donc pas être la meilleure pas, puisque trop courte, l’année moyenne était devenue trop longue. De plus, il aurait fallu supprimer de temps à autre l’année bissextile. Plusieurs réformes du calendrier furent tentées au cours du Moyen Age. Finalement le pape Grégoire promulgua en 1582 un nouveau calendrier, dont les règles avaient été établies par l’astronome et mathématicien jésuite Clavius. C’est ainsi que depuis quatre siècle, on a pu faire quelques critiques à ce calendrier grégorien, qui est sans doute trop fidèle au calendrier julien pour la subdivision des mois et trop fidèle à la tradition juive, qu’il doit du reste interpréter dans un cadre différent de celui de cette tradition, pour la fixation de la fête mobile de Pâques. Il faut néanmoins reconnaître, en dépit de toutes les critiques que l’on peut faire à ce calendrier, que l’ajustement avec l’année solaire est cette fois suffisant pour ne pas nécessiter la rectification d’un jour entier avant 10 000 ans. C’est sans doute la raison pour laquelle le calendrier grégorien est considéré actuellement comme le calendrier universel ; et cela en dépit du fait que des traditions culturelles différentes continuent à se régler sur les propres calendriers.

La mesure du temps

Quoi qu’il en soit, le calendrier a été et demeure dépendant de notre environnement, de même que les premières horloges naturelles, destinées à découper la journée et la nuit. Pour celles-ci, le Soleil a joué, un rôle très déterminant. Il était en effet facile de se régler sur la longueur de son ombre, laquelle est toujours la plus courte à midi. De cette observation est née l’invention du cadran solaire, perfectionné chez les anciens par les Grecs, les Arabes[7] , les hommes du Moyen Age, et même nos techniciens des XVIIe et XVIIIe siècle. Il suffisait d’orienter l’arête ou le style du cadran parallèlement à l’axe du monde (nord-sud), c'est-à-dire de former avec le plan horizontal un angle égal à la latitude du lieu quand on place l’instrument dans le plan méridien, pour obtenir des indications valables durant toute l’année. Pendant longtemps, on adjoignit pourtant à ces cadrans des indications destinées à diviser, selon les saisons, la journée en douze heures égales. La même exigence était reportée sur les clepsydres, ou horloges à eau, c'est-à-dire les premières horloges artificielles dont on s’efforçait de régler le débit pour qu’il soit à peu près uniforme. Le sablier et les bougies qui se consument reposent d’ailleurs sur le même principe. Dans tous les cas, il est nécessaire d’obtenir un temps égal pour reproduire un processus semblable. L’avantage de ces instruments repose dans le fait qu’ils sont utilisables tout le temps, à l’inverse d’un cadran solaire, inutilisable quand le Soleil est caché. Ils consituent des sortes de «garde-temps » toujours disponibles, pourvu qu’ils soient entretenus. La recherche d’instruments toujours meilleure, c'est-à-dire aussi fidèles pour l’estimation des durées que l’est une bonne balance pour l’estimation des poids, a été l’école de la mesure du temps. En Europe, au XIVe siècle, on crut avoir fait un grand progrès lorsqu’on découvrit un moyen de compter les battements d’un balancier horizontal (foliot) grâce à des roues dentelées commandées par un mécanisme d’échappement (verge). Cette invention d’un mécanisme d’échappement est du reste capitale dans la technique de l’horlogerie. Elle avait été mise au point quelques siècles auparavant par les Chinois, sur des clepsydres. Pourtant pas plus la clepsydre que la première horloge mécanique ne sont pas des instruments « fidèles ». Il était facile de s’en apercevoir en comparant les indications de ces instruments à celles qui sont fournies, grâce aux horloges naturelles, par le Soleil ou les étoiles. Pendant des siècles, les horloges mécaniques dont s’ornaient les églises et les beffrois étaient ajustées chaque jour après consultation du cadran solaire... Ce n’est donc que dans la seconde moitié du XVIIe siècle que l’horlogerie fit un progrès décisif. Utilisant une suggestion de Galilée, Huygens appliqua les oscillations d’un pendule à la régularisation du mouvement d’une horloge. Il utilisait aussi les oscillations d’un balancier spiral (ressort), permettant ainsi d’améliorer énormément la technique des montres et des chronomètres portatifs. Le pendule ou le balancier impose sa fréquence à l’avancement des rouages, qui lui fournissent en retour l’énergie nécessaire pour entretenir son mouvement. Les rouages sont mus par un poids ou un ressort. Comme la période du pendule ou du balancier est réglable selon des lois physiques, on peut la fixer à une seconde astronomique, c'est-à-dire la soixantième partie d’une minute, qui est elle-même la soixantième partie d’une heure, laquelle est la vingt-quatrième partie d’un jour solaire moyen ! On appelle donc jour solaire moyen la durée que prend l’astre fictif, dit soleil moyen pour revenir au méridien d’un lieu, compte tenu que cet astre accomplit son parcours sur l’écliptique, à vitesse constante en 365, 25 jours solaires moyens. L’invention du pendule rendit par conséquent sensible l’irrégularité du jour solaire vrai. Cette substitution d’un soleil moyen au soleil vrai comme horloge artificielle montre d’ailleurs bien que la précision, dans la mesure du temps, est venue à partir de la deuxième moitié du XVIIe siècle. Cette précision, on la doit non pas aux progrès de l’astronomie d’observation, qui s’est réglée elle-même sur un jour sidéral moyen[8] , mais aux progrès conjoints de la physique théorique et des instruments dont elle pouvait contrôler l’exactitude. Pendant deux siècles, on pu assister à un remarquable accord entre l’horlogerie mécanique, dotée du pendule et d’un mécanisme d’échappement constamment amélioré, et la mécanique céleste, régie par les lois de Newton, qui donnait raison des difficultés que l’astronomie d’observation avait rencontrées au long des siècles. On aurait presque pu croire qu’il existait un seul temps sur la terre comme dans les cieux, et que sa mesure était fournie par l’habileté conjointe des physiciens et des horlogers…

De la dissociation des temps

Cet accord merveilleux fut pourtant de courte durée. Les difficultés rencontrées dans l’explication du mouvement des planètes se révélèrent insolubles dans la seule échelle de temps scientifique connue jusqu’alors, c'est-à-dire l’échelle astronomique qui comptait en jours juliens et en années juliennes à partir du 1er janvier 4713 avant J.-C.. Comme l’avait montré l’astronome américain Newcomb, il était nécessaire d’introduire une deuxième échelle de temps : échelle du temps qu’on fit commencer le 31 décembre 1899 à midi, et qu’on appellera éphémérides (TE). Seule cette deuxième échelle peut être dite uniforme, c'est-à-dire capable de livrer des temps égaux pour des processus rigoureusement semblables, comme l’exige la formulation des lois de mécanique. En toute logique, on associa à cette échelle une nouvelle unité, la seconde de temps des éphémérides, définie comme la fraction 1/31 556 925,9747 de l’année tropique pour le 31/12/1899[9] à 12 heures. On peut remarquer que - même pour la détermination d’une échelle scientifique de temps – la référence à un calendrier social est nécessaire. Il est en effet nécessaire d’implanter les nouvelles échelles dans un comput commode et déjà établi. De plus, il n’est plus possible se fier à une horloge universelle directement consultable.

La différence de l’heure par rapport au lieu où l’on se trouve est pourtant un phénomène devenu familier. Un voyage automobile de 500 km, à la latitude de Paris, suffit pour rendre sensible à notre sens de « l’orientation horaire » la différence de temps solaire. Cette différence d’heure ne comporte du reste rien de mystérieux. Elle dépend de la rotation de la Terre sur elle-même, c'est-à-dire du fait que les longitudes s’offrent tour à tour à la lumière du Soleil, d’est en ouest, et s’en éloignent de même. Les Anciens qui faisaient tourner en un jour le Soleil autour de la Terre en déduisirent les mêmes effets. Ils eurent cependant quelques difficultés à comprendre que les cadrans solaires primitifs ou gnomons constitués d’un pieu vertical et d’un tableau horaire perpendiculaire à ce pieu [10], donnent des indications fantaisistes quand on les transporte d’une latitude à une autre. Un tel cadran solaire est valable toute l’année pour sa latitude. Quant aux décalages horaires, selon la longitude, ils correspondant alors au mouvement apparent du soleil. Il ne nous faut d’ailleurs pas oublier que les Grecs à l’époque Alexandrine, puis les Arabes, surent développer la science et la technique du cadran solaire, puis celles des clepsydres et de l’astrolabe. Ce dernier instrument fut utilisé en Occident jusqu’au XVIIIe siècle pour faire le point en mer selon la latitude.

De nos jours, la relation à l’heure légale à la marche apparente du soleil n’est qu’approchée et dépend de l’époque de l’année, puisque l’heure légale est réglée sur le Soleil moyen, considéré comme un astre fictif décrivant la courbe de l’Enclitique en 365 jours 1/4 exactement. L’adoption depuis la fin du XIXe siècle du GMT (Greenwich Mean Time) comme référence de base a codifié cet aménagement que les progrès de l’horlogerie et des communications ferroviaires avait rendu nécessaire. Mais ce dernier ne pouvait éradiquer totalement la coutume ancienne qui voulair que l’on lise l’heure de midi au passage supérieur du Soleil au méridien du lieu. C’est la raison pour laquelle on a inventé les fuseaux horaires, chargés de rétablir dans le nouveau concept horaire les distinctions anciennes, que notre mode de vie continue de justifier. Ainsi, nous savons qu’il est possible d’appeler Moscou au téléphone dès 7 heures du matin mais qu’il est préférable d’attendre 3 heures de l’après-midi pour appeler New York. Cette adaptation du temps légal à la marche apparente du Soleil n’a certes rien de commun avec la relativité du temps dans les repères inertiels. Elle montre cependant que le problème de la simultanéité est aussi important pour le temps humain qu’il l’est pour le temps physique. Il n’est pas pourtant pas excessivement difficile de définir une simultanéité officielle pour la Terre entière. D’ailleurs, le Bureau International de l’Heure est chargé de cette tâche, et le TU (« temps universel) qu’il délivre est, en fait, depuis 1976, un TUC (« temps universel coordonné »), qui fonctionne au même rythme que le temps atomique (TA), qui est l’échelle scientifique internationale, mais ne s’écarte pas de plus de 9/10e seconde du G.M.T. corrigé des variations du pôle (TU1). Ainsi, c’est par rapport à ce TUC[11] que se déterminent les heures légales des différents fuseaux horaires. C’est aussi par rapport à lui que se règlent les différents usages du temps, en navigation maritime, aérienne et spatiale. Les liens entre l’espace et le temps sont donc aussi importants pour le temps humain qu’ils le sont pour le physicien, même s’ils sont différents.

Il faut du reste signaler que, depuis 1983, l’étalon universel de mesure spatiale n’est plus lié à une longueur qui était approximativement e « mètre » du pavillon de Breteuil mais à la vitesse de la lumière : c’est le parcours d’un rayon lumineux pendant une fraction infime de seconde. La raison de ce choix est que l’étalon du temps est déterminé avec plus d’exactitude que l’étalon d’espace, et que l’équivalent L = cT s’impose ne métrologie comme en physique de base.