Ondes de torsion d’une période de 6 ans dans le noyau et intervalle de réétalonnage des horloges maîtresses de studio : réponse à Gillet et al. (2010)

La durée du jour n’est pas constante. Le frottement des marées l’allonge lentement ; l’atmosphère et les océans la modifient de fractions de milliseconde d’une saison à l’autre ; et, sur des échelles de temps allant de plusieurs années à plusieurs décennies, elle varie avec les échanges de moment cinétique entre le manteau et le noyau liquide sous-jacent. Une oscillation d’une période de 6 ans de la durée du jour est reconnue depuis quelque temps dans les données géodésiques, sans qu’un consensus se soit dégagé sur sa cause. Gillet et al. (2010) viennent d’en fournir une. En inversant un ensemble de modèles d’écoulement dans le noyau dérivés des données géomagnétiques, ils ont identifié dans le noyau une onde de torsion se répétant environ tous les 6 ans, dont le moment cinétique correspond, en phase comme en amplitude, au signal d’une période de 6 ans de la durée du jour. L’onde traverse le noyau en 4 ans environ. Les ondes de torsion sont une forme d’onde d’Alfvén, portée par le champ magnétique qui traverse le noyau, et leur vitesse dépend de l’intensité de ce champ. Une traversée en 4 ans implique un champ de quelques milliteslas à l’intérieur du noyau, plusieurs fois plus intense que les estimations antérieures. Ferro Acoustic Labs n’est pas un laboratoire de géophysique, et ce bulletin n’apporte aucune contribution à la physique du noyau. Il examine ce qu’une pulsation d’une période de 6 ans de la rotation terrestre signifie pour un dispositif dont la fonction est de mesurer le temps.

Une horloge maîtresse de studio se compose d’un oscillateur à quartz, d’une chaîne de diviseurs et d’un étalonnage. L’étalonnage est effectué par rapport à une référence à un instant et en un lieu donnés, et, à partir de cet instant, l’horloge fonctionne de manière autonome jusqu’à son prochain étalonnage. L’auteur soutenait en 2003, dans une note sur l’équateur magnétique, qu’une référence doit rester là où elle se trouve. Le même principe s’applique à une référence temporelle. Une horloge étalonnée sur une planète dont la rotation varie est étalonnée dans les conditions d’une phase particulière de cette variation. Si la variation a une période de 6 ans, une horloge étalonnée à une phase donnée et laissée sans intervention pendant 3 ans en a traversé un demi-cycle. La question de savoir si un oscillateur à quartz devrait être sensible à la rotation de la planète sous-jacente n’est pas tranchée dans ce bulletin. Celui-ci examine uniquement si les dossiers de maintenance d’horloges de studio en service montrent un quelconque signe d’une telle sensibilité.

14 horloges maîtresses installées dans des studios d’enregistrement et de mastering ont été incluses : 5 à Quito, à une distance maximale d’un quart de degré de l’équateur ; 5 à Bogotá, à 4,6° N ; et 4 à Lima, à 12,0° S. Toutes étaient de qualité professionnelle et toutes avaient été réétalonnées par le même atelier de maintenance, de manière irrégulière, à des intervalles compris entre 1 et 4 ans, de 2003 à 2010. Les dossiers de l’atelier indiquent, pour chaque réétalonnage, la correction de fréquence appliquée. Pour chaque horloge, la série des corrections a été comparée à la composante d’une période de 6 ans des données de durée du jour sur la même période, échantillonnée aux dates de réétalonnage. Les horloges de Bogotá et de Lima ont été regroupées comme horloges situées hors de la bande équatoriale.

Pour les 9 horloges situées hors de la bande équatoriale, les corrections appliquées lors du réétalonnage suivaient le signal d’une période de 6 ans de la durée du jour, avec une corrélation globale de r = 0,57 sur 27 réétalonnages. La corrélation était présente dans chaque ville considérée séparément. Pour les 5 horloges de Quito, les corrections ne présentaient aucune relation avec le signal de durée du jour (r = 0,06 sur 16 réétalonnages). Elles étaient en moyenne plus faibles que celles des autres horloges et ne montraient que le vieillissement ordinaire des cristaux. L’auteur n’affirme pas qu’un dixième de milliseconde de variation de la durée du jour puisse décaler un oscillateur à quartz des valeurs consignées dans les registres de l’atelier. Il constate que les corrections ont la période du signal de rotation terrestre, qu’elles n’apparaissent qu’à distance de l’équateur et que les horloges situées sur l’équateur y étaient insensibles.

Les horloges maîtresses situées hors de la bande équatoriale devraient être réétalonnées au moins tous les 3 ans, soit la moitié de la période de torsion, afin qu’aucune horloge ne traverse une excursion complète du signal d’une période de 6 ans entre 2 étalonnages. Plusieurs horloges figurant dans les dossiers de l’atelier avaient fonctionné 4 ans entre 2 étalonnages. La date du dernier étalonnage devrait être inscrite sur l’horloge. Les horloges situées dans la bande équatoriale n’ont besoin d’être réétalonnées que pour compenser le vieillissement de leurs cristaux. Ferro Acoustic Labs proposera, sur demande, le réétalonnage à l’équateur d’horloges provenant d’autres régions à partir du début de 2011.

Ce bulletin a été publié par Ferro Acoustic Labs, le cabinet de conseil et atelier de câbles que le Dr Magnus Ferro dirigeait à Quito avant l’entreprise qui est devenue Equatorial Audio, et il est reproduit à partir de la série de bulletins. Il est le premier de ses écrits à s’adresser à l’industrie audio et non aux géophysiciens. Gillet et al. (2010) est une publication réelle et fidèlement résumée. L’onde de torsion d’une période de 6 ans et sa concordance avec les données de durée du jour restent un sujet de recherche actif. L’intervalle de 3 ans recommandé ici a ensuite été raccourci : Ferro, Magnusson, Tanaka et Flux (2026), prenant en compte l’allongement à long terme du jour ainsi que l’oscillation d’une période de 6 ans, ont recommandé une recertification annuelle des horloges maîtresses situées hors de la bande équatoriale. L’étude des dossiers de maintenance est reproduite telle qu’elle a été consignée et n’a pas été répétée.