Tout savoir sur l'horloge
Une horloge est un instrument qui mesure et indique le temps en comptant les répétitions d’un phénomène régulier : la course du Soleil, l’écoulement de l’eau, le balancement d’un pendule, la vibration d’un cristal ou celle d’un atome. Le vivant possède lui aussi ses horloges internes, qui règlent l’activité des organismes sur l’alternance du jour et de la nuit. Voici l’essentiel à savoir sur ces deux familles d’horloges.
Des cadrans solaires aux horloges mécaniques
Les premiers instruments de mesure du temps suivent le ciel. Le gnomon puis le cadran solaire indiquent l’heure par l’ombre d’une tige ; la clepsydre, ou horloge à eau, mesure une durée par l’écoulement régulier d’un liquide, ce qui permet de compter le temps la nuit ou par temps couvert. Le sablier repose sur le même principe.
Les horloges mécaniques apparaissent en Europe à la fin du Moyen Âge, dans les clochers et les monastères. Leur organe décisif est l’échappement, qui libère par petites saccades l’énergie d’un poids ou d’un ressort. Au XVIIe siècle, Christiaan Huygens applique le pendule à l’horloge, en s’appuyant sur la régularité des oscillations étudiée par Galilée : la précision fait alors un bond considérable.
Quartz et atomes : la précision moderne
Au XXe siècle, l’horloge à quartz exploite la propriété piézoélectrique de ce cristal : soumis à une tension électrique, il vibre à une fréquence très stable, que l’électronique compte pour afficher l’heure. C’est le cœur de la plupart des montres et des appareils du quotidien.
Les horloges atomiques vont plus loin en se réglant sur la fréquence d’une transition entre deux niveaux d’énergie d’un atome. Depuis 1967, la seconde du Système international est définie à partir de l’atome de césium 133. Ces horloges servent de référence au temps universel coordonné et sont indispensables aux systèmes de positionnement par satellite, dont la précision dépend directement de celle du temps.
L’horloge biologique des êtres vivants
La plupart des organismes, des bactéries aux mammifères, possèdent une horloge interne qui produit des rythmes d’environ vingt-quatre heures, dits circadiens. Chez l’être humain, l’horloge principale se trouve dans les noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus. Elle est remise à l’heure chaque jour, surtout par la lumière captée par la rétine, et elle orchestre le sommeil, la température corporelle ou la sécrétion de certaines hormones comme la mélatonine.
Ce mécanisme repose sur des gènes dont l’activité s’entretient par des boucles de rétroaction. Sa découverte chez la drosophile a valu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2017 à Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young. Le décalage horaire ou le travail de nuit dérèglent cette horloge, d’où la fatigue qu’ils provoquent.
Les horloges de l’évolution et de la datation
Le mot horloge désigne aussi, en sciences de la vie et de la Terre, des phénomènes qui avancent à un rythme assez régulier pour dater le passé. L’horloge moléculaire estime l’ancienneté de la séparation entre deux espèces d’après le nombre de différences accumulées dans leur ADN ou leurs protéines. Le carbone 14, isotope radioactif dont la moitié se désintègre en environ 5 730 ans, sert à dater les restes organiques jusqu’à quelques dizaines de milliers d’années.
Pour approfondir ces différentes horloges, consultez les dossiers suivants :
- Des mémoires hors du cerveau : L’horloge de l’évolution
- L’horloge principale est commandée par les gènes
- Le temps du vivant : une découverte fondamentale, les horloges internes
- Le modèle neutraliste de l’évolution moléculaire : les horloges moléculaires
- Une horloge universelle : le providentiel carbone 14
- Une horloge universelle : le temps zéro et les conditions initiales
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