Il est 10 h 10. Regardez votre montre, ou votre téléphone. Peut-être même que, par habitude, vous venez de toucher votre nez. Car 10 h 10, comme 11 h 11, est devenu l’une de ces petites heures magiques auxquelles certains associent un vœu, une superstition ou simplement un sourire. Après tout, quand quatre chiffres s’alignent joliment, pourquoi ne pas tenter sa chance ? Mais avez-vous déjà songé à ce qui se cache derrière cette affirmation toute simple : « Il est 10 h 10 » ? Parce qu’en réalité, il n’est pas « 10 h 10 ». Il se trouve simplement que nous avons décidé d’appeler ainsi ce moment précis. Et c’est là que les choses deviennent intéressantes : qui a décidé de découper notre existence en secondes, minutes, heures, jours, semaines, mois et années ? Et pourquoi exactement ainsi ?
Au commencement, il y avait le Soleil
Pour mesurer le temps, les humains ont d’abord regardé le ciel. Assez logique : le Soleil se lève, monte dans le ciel, redescend et disparaît. Puis il recommence. La Lune change de forme. Les étoiles reviennent chaque nuit. Les saisons se succèdent. Avant les horloges, nous avions donc déjà des phénomènes naturels réguliers à observer. Le problème, c’est qu’aucun de ces phénomènes ne correspond exactement aux unités que nous utilisons aujourd’hui.
Le jour est lié à la rotation de la Terre sur elle-même. L’année est liée à sa révolution autour du Soleil. Le mois est historiquement lié au cycle de la Lune. Mais ces cycles ne s’emboîtent pas parfaitement. Une année solaire dure environ 365,24 jours et un cycle lunaire environ 29,5 jours. Impossible donc de faire rentrer proprement douze mois lunaires dans une année solaire. Autrement dit, dès le départ, l’humanité a dû bricoler.
Et le mot « bricoler » n’est pas péjoratif : c’est précisément ce que font les civilisations lorsqu’elles cherchent à faire correspondre les phénomènes naturels avec des unités pratiques pour vivre, travailler, cultiver, commercer ou célébrer des fêtes.
Pourquoi 365 jours ?
Les anciens Égyptiens avaient déjà, plusieurs millénaires avant notre ère, un calendrier civil composé de douze mois de trente jours, soit 360 jours, auxquels ils ajoutaient cinq jours supplémentaires à la fin de l’année. Voilà nos 365 jours. Leur calendrier était également organisé en trois saisons liées au cycle agricole du Nil. Mais il y avait un petit problème : une année astronomique ne dure pas exactement 365 jours. Le calendrier égyptien avançait donc progressivement par rapport aux saisons. Le Nouvel An finissait par se décaler dans l’année solaire.
Ce phénomène nous montre quelque chose d’essentiel : 365 n’est pas le nombre de jours que la nature a décidé de mettre dans une année. L’année solaire dure environ 365,24 jours. Les 365 jours de notre calendrier sont donc une manière humaine, forcément approximative, de découper cette durée astronomique en jours entiers. Et comme 0,24 jour finit par s’additionner, il faut de temps en temps ajouter une journée pour remettre le calendrier à peu près en phase avec les saisons.
Et comme cela ne suffisait pas, d’autres civilisations ont ajouté des jours supplémentaires. Le calendrier julien, instauré sous Jules César en 46 avant notre ère, introduisit notamment une année bissextile tous les quatre ans. Mais là encore, le système était légèrement trop long. Le calendrier s’est progressivement décalé par rapport aux saisons, jusqu’à ce que le calendrier grégorien, adopté à partir de 1582, corrige le problème. Dix jours furent alors supprimés du calendrier dans les pays qui adoptèrent immédiatement la réforme : après le jeudi 4 octobre… vint le vendredi 15 octobre. Notre calendrier actuel est donc moins une évidence naturelle qu’un très vieux compromis entre astronomie, mathématiques, religion, agriculture et histoire.
Et pourquoi 24 heures ?
Là encore, il faut remonter très loin. Les anciens Égyptiens comptaient déjà le cycle quotidien en 24 parties : douze pour le jour et douze pour la nuit. La nuit, ils pouvaient notamment s’orienter grâce à des groupes d’étoiles appelés « décans ». Mais leurs « heures » n’étaient pas les nôtres : une heure de jour pouvait être plus longue qu’une heure de nuit selon la saison. Pas pratique…
L’idée d’une journée de 24 heures égales s’est ensuite développée notamment dans le monde grec. Puis, beaucoup plus tard, les horloges mécaniques européennes ont progressivement imposé des heures de durée constante. Les cloches des monastères, les prières, le travail et la vie urbaine ont contribué à rendre cette mesure de plus en plus pratique.
C’est donc un héritage très ancien, auquel les Grecs, les Romains puis les sociétés médiévales ont chacun apporté leur pierre. Ce que nous appelons aujourd’hui « une journée de 24 heures » est le résultat de plusieurs milliers d’années de transmission et de transformation.
Et pourquoi douze ? Probablement aussi parce que douze est un nombre très pratique : il se divise facilement par 2, 3, 4 et 6. Mais ce n’est pas la seule raison. Les anciennes civilisations mésopotamiennes avaient développé une remarquable familiarité avec le nombre 60, qui allait nous laisser un héritage particulièrement tenace.
Pourquoi 60 minutes et 60 secondes ?
Pourquoi donc 60 minutes dans une heure ? Et 60 secondes dans une minute ? Pourquoi pas 100, comme pour les centimètres dans un mètre ? La réponse se trouve en grande partie dans l’ancienne tradition mathématique babylonienne. Les Mésopotamiens utilisaient largement un système sexagésimal, fondé sur 60. C’était un nombre très pratique puisqu’il peut être divisé sans reste par 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20 et 30.
Les astronomes ont ensuite utilisé ces subdivisions pour mesurer les angles et les positions des astres. Au IIe siècle de notre ère, l’astronome grec Ptolémée divisait déjà les degrés en 60 parties, puis chacune de ces parties en 60 autres pour mesurer les angles. Les « minutes » et les « secondes » étaient donc d’abord des unités astronomiques avant de devenir les unités de nos horloges.
Notre quotidien porte ainsi encore la trace d’une décision mathématique vieille de plusieurs milliers d’années. Quand vous attendez « cinq minutes » avant votre train, vous faites en quelque sorte des mathématiques babyloniennes sans le savoir.
Et si nous avions choisi autrement ?
C’est ici que l’histoire devient amusante : nous aurions parfaitement pu faire autrement. En effet, pendant la Révolution française, les révolutionnaires ont voulu rationaliser la société jusque dans ses moindres détails. Après avoir créé le mètre, le kilogramme et un nouveau calendrier, ils ont tenté de décimaliser le temps : une journée devait comporter dix heures, chaque heure cent minutes et chaque minute cent secondes. C’était parfaitement logique : pourquoi compter en 24, 60 et 60 alors que le système décimal permet de tout diviser par dix ? Le problème, c’est que la logique mathématique ne suffit pas toujours à changer les habitudes humaines. Le temps décimal ne s’est jamais véritablement imposé dans la vie quotidienne française et fut rapidement abandonné. Nous aurions donc pu vivre dans un monde où, au lieu de dire « rendez-vous à 15 h 30 », nous aurions énoncé quelque chose de très différent. Et cela montre bien que nos unités de temps sont en partie arbitraires. Elles ne le sont pas complètement, car elles prennent appui sur des phénomènes naturels. Mais leur découpage, leurs noms et leurs proportions sont largement le résultat de conventions historiques.
Mais alors, combien dure vraiment une seconde ?
Voilà peut-être la partie la plus étrange de l’histoire… Pendant très longtemps, la seconde était définie à partir de la Terre. On disait, en gros : un jour moyen compte 24 heures, une heure 60 minutes et une minute 60 secondes. Donc une seconde revient à la 86’400e partie d’un jour. Mais les scientifiques ont découvert un problème plutôt agaçant : la Terre n’est pas une horloge parfaite. En bref, sa rotation ralentit et accélère légèrement. Elle est influencée par les marées, les mouvements de son noyau, l’atmosphère et d’autres phénomènes physiques. Une seconde définie à partir de la rotation de la Terre n’était donc pas parfaitement stable. Il fallait donc trouver une horloge plus régulière.
Les scientifiques se sont alors tournés vers les atomes. Un atome de césium 133 possède une propriété remarquable : lorsqu’on le soumet à une fréquence très précise de micro-ondes, il change d’état énergétique. Ce phénomène est extraordinairement régulier. On peut donc l’utiliser comme un métronome naturel. Mais il restait une question : combien de battements de césium faut-il appeler « une seconde » ? Et c’est ici que l’histoire est assez jolie…
Les scientifiques n’ont pas inventé le chiffre 9 192 631 770 au hasard. À cette époque, la seconde était déjà définie à partir d’un phénomène astronomique beaucoup plus précis que la simple rotation quotidienne de la Terre. Les chercheurs ont alors cherché à déterminer combien de périodes de la transition du césium correspondaient à cette seconde de référence. Ils ont trouvé environ 9,192 milliards de périodes. C’est ce nombre qui a été retenu.
En 1967, la communauté internationale a alors inversé la logique. Au lieu de dire : « Nous avons défini une seconde à partir de l’astronomie, et le césium permet de la reproduire », on a décidé : « Prenons désormais le césium comme référence pour définir directement la seconde. » Depuis, une seconde correspond exactement à 9 192 631 770 périodes de la transition particulière du césium 133.
C’est un peu comme si, après avoir utilisé pendant des siècles une horloge liée au ciel, nous avions trouvé un métronome naturel beaucoup plus régulier et déclaré : « Très bien. Désormais, c’est lui qui nous dira ce qu’est une seconde. »
Le jour où le monde a dû se mettre à l’heure
Il reste cependant un problème : même si nous disposons d’une seconde universelle, il n’est pas midi au même moment à Lausanne, New York et Tokyo. C’est là qu’interviennent les fuseaux horaires. Avant leur généralisation, chaque ville pouvait avoir son heure locale, déterminée par la position du Soleil. Lorsque le Soleil était au plus haut à Lausanne, il ne l’était pas au même moment à Paris ou à Londres. Cela ne posait pas vraiment de problème tant qu’on voyageait à cheval ou en diligence. Puis sont arrivés les trains.
Et soudain, avoir une heure différente dans chaque ville devenait particulièrement agaçant. Les compagnies ferroviaires avaient besoin d’horaires communs. Au XIXe siècle, les chemins de fer britanniques puis nord-américains contribuèrent donc fortement à l’adoption d’une heure standardisée. En 1884, la Conférence internationale du méridien de Washington proposa le méridien de Greenwich à Londres comme méridien initial et une journée universelle comptée de 0 à 24 heures. La planète fut ainsi progressivement découpée en fuseaux horaires. Mais quelque chose de curieux s’était produit : nous avions commencé par régler nos horloges sur le Soleil ; nous avions fini par régler le Soleil sur nos horloges. Enfin, pas tout à fait. Mais l’idée est amusante.
Einstein n’a pas réglé toutes les horloges. Il a fait pire…
Et c’est ici qu’arrive Einstein… On pourrait raconter que la relativité a permis de synchroniser toutes les horloges du monde. Ce serait séduisant, mais faux. Einstein a fait quelque chose de beaucoup plus dérangeant : il a montré que la durée mesurée entre deux événements peut dépendre de l’état de mouvement de l’observateur et du champ gravitationnel dans lequel il se trouve.
En effet, selon la relativité restreinte, une horloge en mouvement par rapport à une autre ne mesure pas exactement la même durée. Et selon la relativité générale, une horloge placée dans un champ gravitationnel plus intense bat plus lentement qu’une horloge située où la gravité est légèrement plus faible. Ces effets ont été mesurés expérimentalement. Autrement dit, même deux horloges parfaitement identiques ne sont pas condamnées à rester parfaitement d’accord. Et cela n’est pas seulement une curiosité de physiciens.
Les systèmes de navigation par satellite que nos téléphones utilisent reposent notamment sur le GPS. Les satellites GPS possèdent des horloges atomiques. Or ils se déplacent très vite et se trouvent beaucoup plus loin du centre de la Terre que nous. Les effets de la relativité restreinte et de la relativité générale font donc que leurs horloges ne battent pas exactement au même rythme que celles au sol. Le résultat net est d’environ 38 microsecondes de différence par jour. Cela paraît ridicule, mais pour le GPS, c’est énorme : sans les corrections relativistes, les erreurs de position s’accumuleraient très rapidement.
Einstein n’a donc pas donné au monde une horloge unique. Il nous a plutôt appris qu’il n’existe pas, au sens absolu, une horloge universelle qui battrait exactement de la même manière partout. Et malgré cela, nous avons réussi à fabriquer une heure mondiale commune.
Une seconde pour tout le monde ?
Aujourd’hui, des laboratoires du monde entier possèdent des horloges atomiques extrêmement précises. Leurs mesures sont comparées et combinées pour construire le Temps atomique international, qui sert notamment de base au Temps universel coordonné, le fameux UTC, notre référence mondiale du temps. Le Bureau international des poids et mesures coordonne cette gigantesque entreprise, tout en sachant que, grâce à Einstein, le temps lui-même n’est pas absolument identique partout. Nous avons donc créé une convention mondiale suffisamment précise pour faire fonctionner les avions, les satellites, les télécommunications, les marchés financiers et nos téléphones.
Finalement, qu’est-ce que le temps ?
Voilà peut-être la question qui fâche… Nous disons que nous mesurons le temps. Mais une horloge ne mesure pas directement « le temps ». Elle mesure un changement régulier et compte les intervalles qui séparent les événements. Un pendule oscille. Un quartz vibre. Un atome change d’état. Et nous appelons certains nombres de ces oscillations « une seconde ».
Le jour, l’année et les saisons ont une origine astronomique. Mais les 24 heures, les 60 minutes, les 60 secondes, les semaines de sept jours, nos mois irréguliers, notre calendrier et même notre seconde moderne sont le résultat d’une longue histoire de conventions, de découvertes scientifiques, de décisions politiques et d’habitudes culturelles.
Nous avons donc posé une grille sur quelque chose que nous ne savons toujours pas vraiment définir. Et cette grille est devenue tellement familière que nous avons fini par croire qu’elle appartenait à la nature. Alors, la prochaine fois que votre téléphone affichera 10 h 10, vous pourrez toucher votre nez et faire un vœu. Mais vous pourrez aussi vous demander une chose : est-il vraiment 10 h 10 ? Ou est-ce simplement notre manière, très humaine, de donner un nom au « maintenant » ? Après tout, le temps n’a probablement jamais demandé à avoir une montre.
Pour aller plus loin:
- Écouter « L’homme et le temps : mesure et maîtrise » — France Culture
- « Coup de froid sur les atomes » — CNRS Images
- « Pourquoi le temps passe-t-il ? » — France Culture
- « Peut-on vraiment définir le temps ? » — France Culture
- NIST — « Second: Introduction » et « Second: The Past » : histoire du découpage du jour, des heures égyptiennes, des minutes/secondes issues de l’astronomie et passage à la définition atomique.