How does your smartphone know your location? - Wilton L. Virgo

Comment ton smartphone sait exactement où tu es ? - Wilton L. Virgo

Traducteur: Carlos Moraga Ferrándiz Relecteur: Nhu PHAM

How does your smartphone know exactly where you are?

Comment ton smartphone sait exactement où tu es ?

The answer lies 12,000 miles over your head

La réponse se trouve à 19 000 km au dessus de ta tête

in an orbiting satellite that keeps time to the beat of an atomic clock

dans un satellite en orbite qui suit le temps au rythme d'une horloge atomique

powered by quantum mechanics.

qui marche grâce à la mécanique quantique.

Phew.

Ouff !

Let's break that down.

Expliquons cela.

First of all, why is it so important to know what time it is on a satellite

D'abord, pourquoi est-il si important pour le satellite de connaître l'heure,

when location is what we're concerned about?

si ce qui nous intéresse est notre position ?

La première chose que ton mobile doit déterminer

The first thing your phone needs to determine

is how far it is from a satellite.

est sa distance au satellite.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

Chaque satellite émet des signaux radio constamment

that travel from space to your phone at the speed of light.

qui vont de l'espace à ton téléphone à la vitesse de la lumière.

Your phone records the signal arrival time

Ton mobile enregistre l'heure d'arrivée du signal

and uses it to calculate the distance to the satellite

et l'utilise pour calculer sa distance au satellite

using the simple formula, distance = c x time,

en utilisant la formule simple : « distance = c x temps »,

where c is the speed of light and time is how long the signal traveled.

où « c » est la vitesse de la lumière

et « temps » est le temps du voyage du signal.

Mais il y a un problème.

But there's a problem.

Light is incredibly fast.

La lumière est incroyablement rapide.

If we were only able to calculate time to the nearest second,

Si on n'était capable de mesurer l'heure qu'à la seconde près,

every location on Earth, and far beyond,

tous les endroits sur terre, et bien au-delà d'elle,

would seem to be the same distance from the satellite.

sembleraient être à même distance du satellite.

So in order to calculate that distance to within a few dozen feet,

Alors, afin de calculer la distance à quelques mètres près,

we need the best clock ever invented.

on a besoin de la meilleure horloge jamais inventée.

Introduisons les horloges atomiques, dont certaines sont aussi précises

Enter atomic clocks, some of which are so precise

that they would not gain or lose a second

qu'elles n'auraient pas une seconde de retard ou d'avance

even if they ran for the next 300 million years.

même si elles fonctionnaient pendant 300 millions d'années.

Atomic clocks work because of quantum physics.

Les horloges atomiques fonctionnent grâce à la physique quantique.

All clocks must have a constant frequency.

Toute horloge doit avoir une fréquence constante.

In other words, a clock must carry out some repetitive action

En d'autres termes, une horloge doit effectuer une action répétitive

to mark off equivalent increments of time.

pour délimiter des intervalles de temps équivalents.

De même qu'une horloge de salon dépend du balancement constant

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

back and forth of a pendulum under gravity,

des va-et-vient d'un pendule grâce à la pesanteur,

the tick tock of an atomic clock

le tic-tac d'une horloge atomique

is maintained by the transition between two energy levels of an atom.

est maintenu par la transition entre deux niveaux d'énergie d'un atome.

This is where quantum physics comes into play.

C'est là que la physique quantique entre en jeu.

La mécanique quantique dit que les atomes transportent de l'énergie,

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

but they can't take on just any arbitrary amount.

mais ils ne peuvent pas en transporter une quantité arbitraire,

Instead, atomic energy is constrained to a precise set of levels.

car l'énergie atomique est limitée à un ensemble précis de niveaux.

We call these quanta.

Niveaux appelés « quanta ».

As a simple analogy, think about driving a car onto a freeway.

À titre d'exemple, pensons à la conduite d'une voiture sur l'autoroute.

As you increase your speed,

Si on accélère,

you would normally continuously go from, say, 20 miles/hour up to 70 miles/hour.

on passe normalement de, disons, 30 à 110 kilomètres/heure continûment.

Now, if you had a quantum atomic car,

Cependant, avec une voiture atomique quantique,

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

on n'accélérerait pas de façon linéaire.

Instead, you would instantaneously jump, or transition, from one speed to the next.

À la place, on ferait un bond de transition entre les deux vitesses.

For an atom, when a transition occurs from one energy level to another,

Pour un atome, quand une transition entre deux niveaux d'énergie se produit,

quantum mechanics says

la mécanique quantique dit

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

que la différence d'énergie est égale à une fréquence caractéristique,

multiplied by a constant,

multipliée par une constante ;

where the change in energy is equal to a number, called Planck's constant,

la variation d'énergie est ainsi égale

au produit de la constante « h » , dite de Planck, et de la fréquence.

times the frequency.

That characteristic frequency is what we need to make our clock.

On a uniquement besoin de cette fréquence caractéristique pour faire notre horloge.

GPS satellites rely on cesium and rubidium atoms as frequency standards.

Les satellites GPS dépendent des fréquences

liées aux atomes de césium et rubidium.

Dans le cas du césium 133,

In the case of cesium 133,

the characteristic clock frequency is 9,192,631,770 Hz.

la fréquence caractéristique est de 9 192 631 770 Hz.

That's 9 billion cycles per second.

Ce sont 9 milliards de cycles par seconde.

That's a really fast clock.

C'est une horloge vraiment rapide.

No matter how skilled a clockmaker may be,

Peu importe l'expertise de l'horloger,

every pendulum, wind-up mechanism

toute pendule, mécanisme à ressorts

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

ou quartz résonne à une fréquence légèrement différente.

However, every cesium 133 atom in the universe

Cependant, chaque atome de césium 133 dans l'univers

oscillates at the same exact frequency.

oscille exactement à la même fréquence.

So thanks to the atomic clock,

Alors, grâce à l'horloge atomique,

on obtient une lecture du temps avec une précision au milliardième de seconde,

we get a time reading accurate to within 1 billionth of a second,

and a very precise measurement of the distance from that satellite.

et une mesure très précise de la distance au satellite.

Let's ignore the fact that you're almost definitely on Earth.

Ignorons que tu es certainement sur terre.

We now know that you're at a fixed distance from the satellite.

On sait maintenant que tu es à une distance fixe du satellite.

Autrement dit, tu es quelque part sur la surface d'une sphère

In other words, you're somewhere on the surface of a sphere

centered around the satellite.

centrée autour du satellite.

Measure your distance from a second satellite

Mesure ta distance à un deuxième satellite

and you get another overlapping sphere.

et tu obtiens une sphère chevauchant la première.

Répète cette opération,

Keep doing that,

and with just four measurements,

et avec juste quatre mesures,

and a little correction using Einstein's theory of relativity,

et une petite correction via la théorie de la relativité d'Einstein,

you can pinpoint your location to exactly one point in space.

tu peux identifier ta position comme un seul point dans l'espace.

So that's all it takes:

C'est tout ce qu'il faut :

a multibillion-dollar network of satellites,

un réseau de satellites multimillionnaire,

oscillating cesium atoms,

l'oscillation des atomes de césium,

quantum mechanics,

la mécanique quantique,

relativity,

la relativité,

a smartphone,

un smartphone,

and you.

et toi.

No problem.

Pas de problème !