À gauche oscille un pendule en laiton : une oscillation complète dure 2 s, un seul passage exactement une seconde. La lettre s transparaît à travers lui. À droite, un atome de césium monte dans le tube d’une fontaine atomique et retombe. Chaque fois qu’il traverse la cavité en cuivre, il s’illumine dans les micro-ondes. L’afficheur indique 9 192 631 770 — autant d’oscillations tiennent dans une seconde. Un voyant d’enregistrement clignote.
Fiche de l'unité
unité de base du SIrév. 2026-10Seconde s
Unité de base du SI · grandeur : temps
La seconde a été retirée à la Terre et confiée à l’atome
Longtemps, la seconde fut une fraction du jour : 1/86 400 d’un tour de la Terre. Puis on s’aperçut que la Terre est une mauvaise horloge. Elle ralentit à cause des marées, et les séismes comme les courants dans son noyau font varier la durée du jour de quelques millisecondes. Les horloges plus régulières que la Terre se mirent à remarquer sa marche inégale.
Depuis 1967, la seconde est fixée par l’atome de césium 133. Son électron externe peut passer d’un niveau à l’autre, et cette transition correspond à un rayonnement de fréquence exactement 9 192 631 770 Hz. La seconde est la durée pendant laquelle s’écoulent autant d’oscillations. Tous les atomes de césium sont identiques, si bien que la seconde est la même dans tous les laboratoires du monde.
Les meilleures fontaines à césium se trompent de moins d’une seconde en 300 millions d’années. D’autres unités dépendent aussi de la seconde : le mètre est fixé par la vitesse de la lumière et la seconde, et le kilogramme par la constante de Planck, le mètre et la seconde.
Le symbole de la seconde est un s minuscule, sans point : « 30 s ». En russe on écrit «с». Le S majuscule est le siemens, unité de conductance. Le temps s’écrit avec un t minuscule, la période d’oscillation avec un T majuscule.
La seconde de temps et la seconde d’arc ″ — 1/3600 de degré. Le jour d’horloge et un tour de la Terre : la Terre tourne de façon irrégulière, et son jour dépasse 86 400 s d’une ou deux millisecondes. C’est pourquoi on ajoute parfois une seconde intercalaire au temps atomique.
01 · Définition
oscillations · comptage · dérive des horlogesToutes les horloges sont construites de la même façon. À l’intérieur, quelque chose répète un même mouvement à intervalles égaux : un pendule, une lame de quartz, un électron dans un atome. Et un compteur dénombre les répétitions. La seconde n’est qu’une convention sur le nombre de répétitions de quel mouvement compter.
Plus la fréquence des oscillations est élevée et moins elle dépend des conditions extérieures, plus l’horloge est précise. Un pendule bat une fois par seconde, et sa période varie avec la température, car la tige s’allonge. Le quartz oscille 32 768 fois par seconde et sent lui aussi la chaleur. L’atome de césium oscille près de dix milliards de fois par seconde, et presque rien n’influe sur sa fréquence.
La précision d’une horloge se mesure à sa dérive — de combien elle s’écartera de l’étalon en un jour. La fraction dont la fréquence s’écarte de la bonne, multipliée par 86 400 s, donne la dérive par jour.
De combien les horloges vont diverger
Sur une étagère se trouvent une horloge à pendule, une horloge à quartz et une horloge atomique. Toutes trois ont été réglées sur l’étalon, puis laissées dans une pièce à température donnée. Dans le pendule, la tige d’acier s’allonge à la chaleur, et il retarde. Le quartz est juste à 25 °C et retarde à toute autre température. La température n’importe presque pas à l’horloge atomique. Avancez le temps avec le curseur « jours écoulés » ; le bouton « Année » règle d’un coup 365 jours, et au-dessus de chaque horloge s’affiche sa dérive. En bleu l’étalon, en laiton le pendule, en vert l’horloge atomique, en rouge le retard. En bas, trois vues. « Dérive » est l’erreur accumulée de chaque instrument au fil des jours, en échelle logarithmique. « Oscillations » montre le mouvement de chaque oscillateur, ralenti jusqu’à être visible. « Précision » donne l’erreur relative de différentes horloges, du cadran solaire à l’horloge optique.
Un nombre facile à diviser par deux
32 768, c’est deux puissance quinze. Un circuit de quinze diviseurs de fréquence par deux transforme les oscillations du quartz en exactement une impulsion par seconde. Un diapason de quartz à cette fréquence mesure quelques millimètres et tient dans une montre-bracelet. On ne prend pas de fréquence plus élevée : un tel diapason consommerait davantage d’énergie.
02 · Conversion
unités · fréquence · échelles de tempsDes secondes aux jours, aux années et aux hertz
Saisissez une durée dans n’importe quelle unité. Le premier onglet la convertit en secondes, minutes, heures, jours et années. Le deuxième, en fréquence et en nombre d’oscillations du césium. Le troisième montre en quoi diffèrent les échelles de temps TAI, UTC et GPS.
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Les éclairs laser les plus brefs durent quelques dizaines d’attosecondes ; l’âge de l’Univers est d’environ 4·10¹⁷ s. Entre les deux : 35 ordres de grandeur. La même seconde sert de mesure à la lumière et aux étoiles.
04 · Instruments de mesure
pendule · quartz · fontaine · réseau optiquePlus la fréquence est élevée, plus l’horloge est précise
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05 · Règles d’écriture
s sans point · heure du jour à partUne durée en secondes, un instant à l’horloge
Une durée s’écrit par un nombre et un symbole séparés d’une espace : 45 s, 2,5 ms. Un instant s’écrit selon l’ISO 8601 : 2026-10-02T14:30:05Z. La minute et l’heure peuvent s’employer avec le SI, mais on ne leur ajoute pas de préfixe.
« sec », « msec » et « hrs » ne sont pas des symboles du SI. L’heure du jour s’écrit plus commodément avec des deux-points, une durée avec des unités. Une date avec des barres obliques se lit différemment selon les pays : on écrit donc année-mois-jour. Le S majuscule est le siemens, pas la seconde ; les milliers se séparent par une espace.
06 · Unités voisines
temps et fréquence1 Hz = 1/s — oscillations par seconde.
mLe trajet de la lumière en 1/299 792 458 s.
d86 400 s — et la marche irrégulière de la Terre.
07 · Section historique
archives · du pendule de Huygens à la fontaine atomiqueComment la seconde est passée du ciel à l’atome
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La seconde intercalaire et sa suppression
Le temps atomique TAI s’écoule régulièrement, tandis que la Terre tourne de façon irrégulière et, en moyenne, plus lentement. Pour que l’heure civile ne s’éloigne pas du midi solaire, on a ajouté à l’UTC une seconde intercalaire à partir de 1972 — 27 fois, la dernière le 31 décembre 2016. Ces jours-là, une minute durait 61 secondes.
Pour les ordinateurs, les bourses et la navigation, une seconde en plus est une source de pannes. En 2022, la Conférence générale des poids et mesures a décidé de cesser d’ajouter des secondes intercalaires au plus tard en 2035 et de laisser l’UTC s’écarter davantage de la rotation terrestre.
À droite, un cadran au moment d’une seconde intercalaire : après 23:59:59, l’horloge affiche 23:59:60, et seulement ensuite vient minuit.
Catalogue des grandeurs
Temps et fréquence · 12 fiches
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