Adhésion du CNRS au consortium White Rabbit : « Quand plusieurs instruments de mesure doivent observer un même phénomène, leurs horloges doivent être parfaitement coordonnées. »

Qu’est-ce que White Rabbit et à quoi sert cette technologie ?

White Rabbit est une technologie de synchronisation qui permet de distribuer une référence de temps et de fréquence avec une précision exceptionnelle, bien meilleure que la nanoseconde. Pour comprendre son intérêt, il faut imaginer plusieurs instruments de mesure qui doivent observer un même phénomène : il ne suffit pas que chacun fonctionne correctement, encore faut-il que leurs horloges soient parfaitement coordonnées.

Dans une expérience de physique des particules, par exemple, plusieurs détecteurs enregistrent des signaux qu’il faut ensuite pouvoir situer précisément dans le temps. Un décalage, même de quelques nanosecondes, peut compliquer leur mise en correspondance et l’interprétation des mesures. White Rabbit permet de synchroniser les équipements pour que leurs observations puissent être comparées sur une même base temporelle.

La technologie ne se limite pas à distribuer des tops d’horloge. Elle permet également de mesurer les décalages temporels entre différents points d’un réseau, puis de les compenser. Elle assure aussi la distribution d’une référence de fréquence, afin que les horloges locales restent alignées et ne dérivent pas progressivement les unes par rapport aux autres.

Les applications sont donc très variées : elles vont de la synchronisation des détecteurs au sein d’une expérience jusqu’à la coordination d’instruments scientifiques éloignés, potentiellement à l’échelle d’un continent. C’est un enjeu important pour les sciences qui cherchent à rapprocher des observations réalisées en différents lieux, mais aussi pour la caractérisation et l’amélioration des systèmes de mesure eux-mêmes.

Comment White Rabbit parvient-il à une telle précision ?

Le protocole White Rabbit s’appuie sur des standards de communication existants tels que le Precision Time Protocol (PTP), qu’il adapte pour atteindre une précision de synchronisation exceptionnelle. Concrètement, la technologie s’intègre directement aux équipements électroniques, par l’intermédiaire de cartes et de composants dédiés, notamment des circuits programmables. 

Pour synchroniser deux équipements, le protocole PTP organise des échanges de messages horodatés dans les deux sens. Des circuits électroniques mesurent précisément l’instant où les messages sont émis et reçus. Le système peut ainsi estimer le temps de propagation du signal dans le réseau et compenser le délai nécessaire pour atteindre chaque équipement. White Rabbit va plus loin en mesurant également les décalages de phase entre les signaux d’horloge et en corrigeant les différences de fréquence entre les équipements. Il ne s’agit donc pas seulement de transmettre une heure, mais de synchroniser les horloges physiques elles-mêmes. 

Cette combinaison permet d’atteindre une synchronisation meilleure que la nanoseconde, avec une précision pouvant descendre à quelques dizaines de picosecondes dans les mises en œuvre classiques. Nos équipes travaillent à pousser encore plus loin ces performances. À cette échelle, chaque détail compte : les caractéristiques des composants, la qualité des signaux et les perturbations susceptibles d’affecter leur transmission. C’est précisément cette maîtrise de l’ensemble du système qui permet à certaines réalisations de nos laboratoires d’atteindre des performances de quelques picosecondes.

Dans quel contexte White Rabbit a-t-il été développé ?

White Rabbit est né d’un besoin concret du CERN, le laboratoire européen pour la physique des particules. Les protocoles de synchronisation qui existaient déjà, notamment le PTP, permettaient de distribuer des informations temporelles sur des réseaux informatiques, mais leurs performances ne suffisaient pas pour certaines applications scientifiques particulièrement exigeantes.

Le CERN a donc engagé des développements pour aller plus loin, en s’appuyant notamment sur les réseaux Ethernet, qui constituent une infrastructure de communication largement répandue. L’objectif était de disposer d’une solution ouverte, performante et reproductible, adaptée aux besoins des grandes expériences scientifiques.

White Rabbit s’est progressivement structuré autour d’un standard ouvert, dont les spécifications sont maintenues collectivement. Cette approche permet à différents laboratoires et entreprises de développer leurs propres équipements tout en garantissant leur compatibilité. C’est un point essentiel : une technologie de synchronisation n’a d’intérêt à grande échelle que si des systèmes conçus par des acteurs différents peuvent fonctionner ensemble.

À quels domaines White Rabbit s’applique-t-il aujourd’hui ?

En dehors des usages industriels, qui sont multiples et difficilement quantifiables du fait de la disponibilité de la technologie en open source, on peut distinguer deux grandes catégories d’applications pour la science : la synchronisation au sein des expériences scientifiques et la distribution d’une référence de temps entre des sites éloignés. 

Dans les expériences White Rabbit permet d’aligner les horloges des différents équipements et de garantir la cohérence temporelle des mesures. C’est par exemple le cas de l’expérience JUNO, en Chine, à laquelle contribue l’institut, qui utilise cette technologie pour une partie de son système de synchronisation.

À une autre échelle, le laboratoire Temps-Espace (LTE), relevant de CNRS Terre & Univers, utilise White Rabbit pour distribuer une référence de temps et de fréquence de haute précision à des laboratoires à travers l’Europe. Ces travaux trouvent désormais leur extension dans REFIMEVE, une infrastructure européenne qui vise à distribuer une référence métrologique aux laboratoires européens à travers des réseaux de fibres optiques, permettant de rapprocher les mesures réalisées par des institutions éloignées. C’est particulièrement intéressant pour l’astronomie dite « multimessager », qui consiste à étudier un même phénomène cosmique à partir de signaux de natures différentes, détectés par plusieurs instruments. Pour mettre ces observations en relation, il faut pouvoir déterminer avec une grande précision si elles correspondent au même événement.

Comment la White Rabbit Collaboration est-elle organisée ?

La White Rabbit Collaboration est un consortium international qui rassemble les acteurs souhaitant contribuer au développement et à la pérennité de cette technologie. Le CERN joue un rôle central dans son pilotage.

La collaboration maintient le standard, c’est-à-dire les spécifications qui définissent White Rabbit et les conditions nécessaires à l’interopérabilité des équipements. En revanche, les systèmes matériels qui mettent en œuvre ce standard peuvent être développés par des équipes de recherche ou par des entreprises. Cette distinction permet de conserver un cadre commun tout en laissant la place à différentes solutions techniques.

Les équipes du CNRS utilisaient déjà White Rabbit avant cette adhésion. Qu’apportaient-elles à son développement ?

Nos équipes étaient déjà des utilisatrices particulièrement expertes de White Rabbit. Elles ne se contentaient pas d’intégrer des équipements existants : elles maîtrisaient le protocole, développaient leurs propres systèmes et contribuaient à en repousser les limites.

Au laboratoire IJCLab (CNRS – Université Paris Saclay) l’équipe de Daniel Charlet a par exemple développé une expertise très poussée sur l’implémentation matérielle de White Rabbit et sur la maîtrise des perturbations susceptibles de dégrader ses performances, permettant d’atteindre des valeurs de synchronisation de l’ordre de quelques picosecondes. Cette expertise s’appuie notamment sur la carte électronique IDROGEN. Elle résulte de projets de recherche et développement technologiques de l’IN2P3, qui ont abouti à une carte combinant synchronisation par White Rabbit et transfert de données à des taux élevés, pour en faire bénéficier par connexion directe des cartes pour l’acquisition de signaux ou la génération de fréquences arbitraires. Les premières applications du White Rabbit avec IDROGEN ont concerné le projet de radioastronomie PAON4 et le collisionneur de particules japonais SuperKEKB. Des applications à d’autres projets sont à l’étude. 

Ces compétences ont également permis de réaliser des démonstrations particulièrement remarquables, comme la synchronisation de deux télescopes avec un décalage de l’ordre de quatre picosecondes. Au-delà de la performance elle-même, ces travaux contribuent à améliorer les mises en œuvre de White Rabbit et à mieux comprendre les limites physiques et techniques de la synchronisation.

L’adhésion du CNRS à White Rabbit relevait donc presque de l’évidence ? 

Il était en effet assez naturel que le CNRS rejoigne le consortium. Nos équipes contribuent déjà à faire progresser cette technologie ; il était important qu’elles puissent aussi participer directement aux discussions collectives sur son évolution. L’adhésion est le résultat d’un travail engagé depuis environ un an et demi par CNRS Nucléaire & Particules et CNRS Terre & Univers, en lien avec leurs équipes techniques et scientifiques. Thierry Labasque, directeur technique adjoint de CNRS Terre & Univers et moi-même avons instruit le dossier jusqu’à la signature de la convention par Thierry Dauxois le 9 octobre 2026.

Un comité de pilotage interne au CNRS a également été mis en place. Il réunit des experts des deux instituts et assure le lien entre l’établissement et la White Rabbit Collaboration. Un membre de ce comité siègera au bureau de la collaboration, afin que le CNRS puisse prendre part aux décisions concernant le standard.

L’enjeu est double. D’une part, cette adhésion rend plus visible l’expertise développée par nos équipes et leur donne un poids institutionnel à la hauteur de leurs contributions. D’autre part, elle nous permet de participer aux orientations futures de White Rabbit, en faisant valoir les besoins des expériences et des infrastructures scientifiques.

Quelles sont les prochaines étapes pour les équipes du CNRS ?

Nos experts travaillent déjà sur plusieurs pistes pour aller encore plus loin, proposer les systèmes de synchronisation les plus performants possibles, notamment dans le cadre de l’émergence de l’astronomie multimessager. L’objectif est notamment d’explorer des protocoles ou des implémentations alternatives qui permettraient de descendre encore en dessous de la picoseconde dans certaines conditions expérimentales.

Ces travaux pourraient également ouvrir des perspectives de valorisation. Selon les résultats obtenus et leur potentiel applicatif, différentes voies sont envisageables, comme des dépôts de brevets, des partenariats avec des entreprises ou des créations de start-up. L’adhésion au consortium est importante dans cette perspective. Elle nous permet de contribuer à l’évolution de White Rabbit tout en restant en contact étroit avec les autres acteurs qui développent et utilisent la technologie. Elle nous aide aussi à mieux identifier les possibilités de transfert vers des applications industrielles.

A terme, nous souhaitons que cette dynamique bénéficie à l’ensemble du CNRS. Les applications ne concernent en effet pas uniquement la physique des particules : les sciences de la Terre, de l’océan et l’astronomie ont elles aussi des besoins importants en matière de synchronisation. Le comité de pilotage pourra donc s’ouvrir à d’autres instituts si leurs activités le justifient.