L'unité SI du temps est la seconde, symbole s.
Depuis 1967, elle vaut exactement 9 192 631 770 oscillations de l'atome de césium 133. C'est l'une des sept unités de base du Système international, et celle dont dépendent cinq des six autres.
La seconde n'a plus rien d'astronomique. Elle fut longtemps 1/86 400 du jour solaire, jusqu'à ce que la 13e Conférence générale des poids et mesures l'arrache à la rotation terrestre en octobre 1967. Le motif est concret : la Terre ralentit d'environ 1,7 milliseconde par siècle, un étalon trop mou dès qu'on vise la microseconde.
Un basculement se prépare pourtant. La 28e CGPM, réunie en 2026, doit désigner l'atome qui remplacera le césium par une transition optique, cible fixée à 2030. Après soixante ans de règne, le césium 133 vit ses dernières années comme gardien de la seconde.
Pour situer la seconde parmi ses voisines, la unité SI de masse a suivi le même chemin en 2019, passant d'un objet physique à une constante fixée.
La seconde, unité de base du temps dans le Système international
Les sept piliers du SI. La seconde tranche : cinq des six autres dépendent d'elle dans leur définition.
La seconde est l'unité de base du temps du Système international d'unités, le SI, adopté en 1960. Elle siège aux côtés du mètre, du kilogramme, de l'ampère, du kelvin, de la mole et de la candela. Sept unités fondamentales, sur lesquelles repose toute la métrologie moderne.
Un symbole invariable, la lettre s minuscule
Le symbole officiel est la lettre s, en minuscule. Il ne prend jamais de point abréviatif, ne se met jamais au pluriel et ne varie pas selon la langue. Écrire "5 s" et non "5 sec" ni "5 secs". Cette rigueur typographique distingue une notation SI d'une abréviation courante.
La grandeur physique associée, le temps, se note t. Une durée de cinq secondes s'écrit t = 5 s. Le SI sépare nettement la grandeur, abstraite, de son unité, concrète.
Pourquoi la seconde tient tout le SI
Son statut de pierre angulaire n'a rien de décoratif. Cinq des six autres unités de base dépendent directement de la seconde dans leur définition. Le mètre se déduit de la vitesse de la lumière, exprimée en mètres par seconde. L'ampère repose sur la charge élémentaire mesurée en coulombs, eux-mêmes définis comme des ampère-secondes.
Retirer la seconde ferait s'effondrer l'édifice. C'est pourquoi sa réalisation concentre les moyens des grands laboratoires nationaux, le LNE-SYRTE à Paris, le NIST aux États-Unis, la PTB en Allemagne. La seconde est l'unité la plus exacte du SI, réalisée aujourd'hui à mieux que 10⁻¹⁶.
La définition officielle de la seconde par le césium 133
Une horloge à césium ne compte pas les secondes : elle asservit un oscillateur sur la fréquence fixe émise par l'atome. C'est le principe de tous les étalons primaires de temps depuis 1967.
La définition en vigueur tient en deux phrases. La seconde correspond à 9 192 631 770 périodes de la radiation émise lors de la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133, au repos et à 0 kelvin.
La seconde, symbole s, est l'unité de temps du SI. Elle est définie en prenant la valeur numérique fixée de la fréquence du césium, ΔνCs, la fréquence de la transition hyperfine de l'état fondamental de l'atome de césium 133 non perturbé, égale à 9 192 631 770 lorsqu'elle est exprimée en Hz.
D'après le Bureau international des poids et mesures, Résolution 1 de la 26e CGPM, la fréquence du césium n'est plus une valeur à mesurer, mais une constante de la nature à valeur fixée par décret.
Ce que signifient 9 192 631 770 oscillations
Le nombre semble arbitraire. Il ne l'est pas. En 1967, les métrologues ont calé l'étalon atomique sur la meilleure valeur astronomique connue, l'année tropique 1900. Le compte de 9 192 631 770 hertz a été choisi pour que la seconde atomique colle à la seconde des éphémérides d'alors. La continuité fut le maître mot, pas la rupture.
Concrètement, l'atome de césium possède deux états d'énergie très proches dans son niveau fondamental. Le passage de l'un à l'autre émet un rayonnement d'une fréquence parfaitement fixe. Compter 9 192 631 770 crêtes de ce rayonnement, c'est mesurer une seconde.
La refonte de 2019 et la logique inversée
Le 20 mai 2019, le SI a changé de philosophie. Plutôt que de définir la seconde par un phénomène observable, le BIPM a fixé la fréquence du césium comme une constante décrétée, exactement 9 192 631 770 Hz, sans incertitude. La définition ne mesure plus, elle pose.
Cette inversion garantit que la seconde ne deviendra jamais obsolète. Même une horloge mille fois plus précise ne remettra pas en cause le nombre : elle réalisera la même définition, plus finement. Le mètre, le kilogramme et l'ampère ont subi la même opération le même jour.
Quatre redéfinitions en presque deux siècles
La seconde a changé d'étalon quatre fois depuis Gauss. Chaque révision a répondu à un besoin de précision que l'étalon précédent ne pouvait plus offrir.
De la fraction du jour à l'année tropique
En 1832, Carl Friedrich Gauss propose un système d'unités fondé sur le millimètre, le milligramme et la seconde, cette dernière définie comme 1/86 400 du jour solaire moyen. La définition tient un siècle. Elle cède quand les astronomes constatent que la durée du jour varie, empêchant toute mesure stable.
En 1956, le Comité international des poids et mesures ancre la seconde dans l'année tropique 1900, soit 1/31 556 925,9747 de cette année précise. L'étalon devient astronomique et fixe, mais impossible à reproduire dans un laboratoire ordinaire : il faut des décennies d'observation du ciel.
Le passage à l'atome en 1967
La 13e CGPM d'octobre 1967 tranche pour le césium 133. La seconde quitte le ciel pour la matière. Un laboratoire équipé d'une horloge atomique peut désormais réaliser l'étalon en quelques heures, avec une reproductibilité qu'aucune observation astronomique n'atteindra jamais. La précision bondit de 10⁻⁸ à mieux que 10⁻¹².
Un raffinement de 1997 précise que l'atome doit être considéré au repos et à la température de 0 kelvin, pour écarter tout décalage dû à l'agitation thermique. Ce détail, invisible au grand public, a permis de gagner un ordre de grandeur sur l'exactitude.
Comment fonctionne une horloge atomique au césium
L'horloge à césium ne compte pas le temps, elle asservit un oscillateur sur une fréquence de référence atomique. Le principe repose sur la résonance micro-ondes.
Du four à la cavité de Ramsey
Un four chauffe le césium métallique à environ 100 °C. Il libère un faisceau d'atomes qui traverse une cavité, dite de Ramsey, où un signal hyperfréquence les irradie. Quand ce signal coïncide exactement avec 9,192 GHz, les atomes basculent vers l'état excité. Un détecteur compte ces basculements et corrige en permanence le quartz oscillateur pour le verrouiller sur la fréquence parfaite.
Le résultat est une régularité extrême. Le NIST-F1 affichait dès 1999 une incertitude de 1,7 × 10⁻¹⁵, une dérive d'une seconde sur environ 20 millions d'années. Les fontaines refroidissent les atomes par laser pour ralentir leur passage et affiner encore la mesure.
Pourquoi le césium plutôt qu'un autre atome
Le choix du césium 133 tient à trois qualités rares réunies. L'isotope est monoisotopique stable : tout césium naturel est du césium 133, sans contamination par d'autres masses. Son point de fusion bas, 28,5 °C, facilite la production d'un faisceau atomique propre. Sa fréquence de transition, dans les micro-ondes, restait accessible aux générateurs des années 1950.
Un autre métal alcalin aurait pu servir, mais aucun ne cumulait ces avantages. Le rubidium, plus léger, sert aujourd'hui dans les horloges embarquées bon marché, moins stables mais plus compactes.
La course aux horloges optiques et la future seconde
Le règne du césium touche à sa fin. Depuis 2018, une nouvelle génération d'horloges dépasse le césium d'un facteur cent en exactitude, ouvrant la voie à une redéfinition programmée de la seconde.
Strontium et ytterbium, cent mille fois plus rapides
Les horloges optiques exploitent des transitions dans le domaine de la lumière visible, non plus des micro-ondes. Le strontium bat à 429 228 004 229 873,2 Hz, environ cent mille fois plus vite que le césium. Plus la fréquence est élevée, plus la mesure se découpe finement. Le JILA, à Boulder, a atteint une stabilité de 2,5 × 10⁻¹⁹, soit une dérive d'une seconde sur bien plus que l'âge de l'univers.
Des atomes de strontium ou d'ytterbium sont refroidis près du zéro absolu et piégés dans un réseau de faisceaux laser croisés. Leur transition optique ultra-fine sert de battement, à des centaines de milliers de milliards par seconde.
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La bascule est désormais planifiée. D'après le Bureau international des poids et mesures, feuille de route de la Résolution 5 de la 27e CGPM, la 28e Conférence de 2026 doit choisir l'espèce atomique privilégiée, pour une adoption de la nouvelle définition attendue à la 29e CGPM de 2030.
Une valeur identique, un étalon nouveau
La redéfinition ne changera pas la durée d'une seconde. Une seconde optique durera exactement autant qu'une seconde césium : c'est l'étalon qui change, pas la grandeur. Le scénario reproduit celui du mètre, redéfini en 1983 par la vitesse de la lumière sans que sa longueur bouge d'un cheveu.
Le principal frein n'est pas la précision, déjà acquise, mais la comparaison des horloges à distance. Relier deux horloges optiques d'un continent à l'autre exige des liaisons par fibre d'une stabilité inédite, encore en déploiement. C'est ce chantier d'infrastructure, plus que la physique, qui fixe l'échéance à 2030.
La seconde intercalaire et la Terre qui accélère
Le temps atomique est parfait, la rotation terrestre non. Pour garder les deux alignés, on ajustait l'heure officielle à coups de secondes intercalaires. Ce mécanisme vit ses dernières années, et un événement inédit pourrait survenir avant sa disparition.
Vingt-sept secondes ajoutées, bientôt zéro
Depuis 1972, l'UTC, le temps universel coordonné, reçoit des secondes intercalaires pour ne pas dériver de la rotation réelle de la Terre. Vingt-sept secondes ont été insérées, toutes positives, la dernière le 31 décembre 2016. Chacune fait afficher l'horodatage impossible 23:59:60, qui plante régulièrement les systèmes informatiques.
La 27e CGPM de novembre 2022 a voté la fin de ce mécanisme au plus tard en 2035, sous la pression des géants du numérique. Après cette date, l'UTC dérivera lentement du temps solaire, d'environ une seconde par siècle, laissant aux générations futures le soin d'un éventuel réajustement.
Depuis 2020, la Terre tourne plus vite, pas plus lentement. Le 5 juillet 2024, elle a bouclé sa rotation 1,66 milliseconde en avance, le jour le plus court jamais mesuré depuis l'invention de l'horloge atomique.
Vers une première historique, la seconde négative
Un retournement inattendu bouscule ce calendrier. Depuis 2020, la Terre tourne plus vite, pas plus lentement. Le 5 juillet 2024, elle a bouclé sa rotation 1,66 milliseconde en avance, le jour le plus court jamais mesuré depuis l'invention de l'horloge atomique.
Si la tendance se maintient, il faudrait pour la première fois retrancher une seconde à l'UTC, une seconde intercalaire négative jamais réalisée. Le géophysicien Duncan Agnew a estimé dans une étude publiée par Nature qu'elle pourrait s'imposer vers 2029, juste avant l'abandon prévu du dispositif. Les données récentes restent incertaines : la Terre semble avoir légèrement ralenti depuis, sans effacer la possibilité.
Ce fait et des centaines d'autres à retenir durablement.
Ouvrir l'app Mémoriser la culture généraleLa seconde dans la technologie et la vie quotidienne
La précision de la seconde atomique n'intéresse pas que les laboratoires. Elle conditionne des systèmes que des milliards de personnes utilisent chaque jour sans le savoir.
GPS, internet et transactions financières
Le GPS doit sa précision métrique à la seconde atomique. Chaque satellite embarque une horloge synchronisée à la nanoseconde. Une dérive d'une seule microseconde décalerait la position au sol de 300 mètres. Internet repose sur le protocole NTP, qui aligne les serveurs sur l'UTC maintenu par le BIPM grâce à un réseau de plusieurs centaines d'horloges réparties dans des dizaines de laboratoires.
Les marchés financiers imposent une traçabilité temporelle réglementaire. En Europe, MiFID II exige que les transactions à haute fréquence soient horodatées à la microseconde, calées sur l'UTC. La seconde n'est pas qu'une unité de science, c'est une infrastructure économique.
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La seconde dans la culture
La vitesse de la lumière, 299 792 458 mètres par seconde, est aujourd'hui une définition circulaire : elle dépend de la seconde, qui dépend du césium. Cette dépendance interne du SI fait sa robustesse. Tant que les lois physiques tiennent, les unités tiennent. Le cinéma s'est emparé de cet imaginaire du temps mesuré et manipulé, du décompte au dixième de seconde des épreuves olympiques aux jeux d'inversion temporelle de Tenet, sorti en 2020.
Associer la seconde au geste le plus banal : un pas de marche tranquille. Un adulte qui marche pose un pied environ une fois par seconde. Pour l'étalon, retenir "César compte" : Césium, dont la sonorité rappelle le chiffre clé. Le nombre 9 192 631 770 se résume à "9 milliards et des poussières", ordre de grandeur suffisant en quiz. Pas humain, une seconde. César, le césium. Deux ancres, aucun calcul.
La seconde n'a pas toujours pesé le même poids dans une journée. Pendant près d'un milliard d'années, au mi-Protérozoïque, un jour terrestre a stagné autour de dix-neuf heures, selon une étude parue dans Nature Geoscience en 2023. Les marées solaires de l'atmosphère, qui accélèrent la Terre, équilibraient alors les marées océaniques de la Lune, qui la freinent. La seconde d'aujourd'hui fige un instant tardif de cette histoire, pas une constante éternelle.
La seconde résume à elle seule la trajectoire de la métrologie : une durée immuable, réalisée par des étalons de plus en plus précis. Du jour solaire de Gauss à l'atome de césium, puis bientôt à la lumière du strontium, la valeur n'a pas bougé d'un cheveu, seule sa réalisation a gagné en finesse.
Le prochain chapitre s'écrit maintenant. La 28e CGPM de 2026 prépare le passage à la seconde optique, tandis que la Terre, en accélérant, menace d'imposer une correction jamais vue. Comprendre la seconde, c'est saisir comment une civilisation entière synchronise son temps sur un battement atomique invisible.
Questions fréquentes sur la seconde et le temps SI
Pourquoi la seconde est-elle l'unité de base du temps ?
Quelle différence entre temps et durée ?
Comment fonctionne une horloge atomique au césium ?
Pourquoi le césium 133 et pas un autre élément ?
Existe-t-il des unités de temps plus précises que la seconde ?
Qu'est-ce qu'une seconde intercalaire ?
La seconde va-t-elle être redéfinie un jour ?
Combien de secondes dans une journée ?
Qui décide de la définition de la seconde ?
Répétition espacée et astuces de mémorisation, sur iOS et Android.
Découvrir l'app- Bureau international des poids et mesures, La seconde, définition officielle et symbole.
- BIPM, Résolution 1 de la 26e CGPM, refonte du Système international d'unités.
- BIPM, Résolution 5 de la 27e CGPM, feuille de route de la future redéfinition de la seconde.
- BIPM, Redéfinition de la seconde, calendrier CGPM 2026 et 2030, horloges optiques.
- BIPM, Résolution 4 de la 27e CGPM, abandon de la seconde intercalaire à l'horizon 2035.
- LNE, La seconde optique en ligne de mire, horloges optiques et calendrier de redéfinition.
- SPF Économie, Service de la Métrologie, fiche unité de temps du SI.
- Agnew, A global timekeeping problem postponed by global warming, Nature, prévision d'une seconde intercalaire négative vers 2029.
Alan Chevereau, consultant SEO. Fiches de culture générale sourcées sur les publications institutionnelles, construites pour comprendre, vérifier et retenir un fait mieux qu'une encyclopédie généraliste.