Le kilo nouveau est arrivé

Science Un nouveau Système international d’unité, sur la base de constantes fondamentales de la mécanique quantique, devrait être validé en novembre.

Depuis 1889, le kilo est défini par un étalon matériel. Ce petit cylindre de 39 mm de haut est conservé sous une triple cloche de verre au Bureau international des poids et mesures, à Sèvres.

Depuis 1889, le kilo est défini par un étalon matériel. Ce petit cylindre de 39 mm de haut est conservé sous une triple cloche de verre au Bureau international des poids et mesures, à Sèvres. Image: VHQ/ Michael Reinhard

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Le kilogramme pèse-t-il vraiment son poids? Environ. C’est là tout le problème. Depuis 1889, il est défini par un étalon matériel. Ce petit cylindre de 39 mm de haut composé à 90% de platine et à 10% d’iridium est conservé sous une triple cloche de verre au BIPM (Bureau international des poids et mesures), à Sèvres, près de Paris. Mais ce que les Terriens utilisent depuis lors comme étalon maigrit au cours du temps. En 1992, le Grand K, c’est ainsi que l’on nomme ce graal de la métrologie, pesait 50 microgrammes de moins que ses 6 étalons témoins officiels. Soit l’équivalent d’une aile de mouche. De quoi remettre sérieusement en cause sa fiabilité.

Effet domino

Après des décennies d’une course de mesures acharnée, le vieil étalon amaigri va bientôt céder sa place à une nouvelle définition du kilogramme. Sa nouvelle formulation à partir de la constante de Planck de la physique quantique lui garantit son intangibilité. C’est en tout cas ce que devrait acter la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) lors de sa 26e réunion qui se tiendra du 13 au 16 novembre 2018 à Versailles.

Les scientifiques de l’ultrapetit et l’industrie de précision se réjouissent de cette révolution. Par contre, le commun des mortels ne percevra aucune différence dans sa vie quotidienne. À vue de nez, il faudra toujours autant de farine pour faire des crêpes.

Ce nouvel étalonnage est d’une importance capitale à cause de l’effet domino. En effet, le kilo sert à caractériser d’autres unités fondamentales. C’est le cas du newton, l’unité de force, qui lui-même intervient pour caractériser le joule, l’unité d’énergie, qui est quant à lui lié au watt, l’unité de puissance. En supprimant la petite incertitude qui entachait le kilo, chacune de ces unités gagnera en précision.

La révolution métrologique prévue en novembre ne concernera pas que le kilo. Le kelvin, l’ampère et la mole, trois autres des sept unités du Système international (SI), seront également définis à partir de constantes fondamentales de la mécanique quantique. En effet, dans cette physique de l’infiniment petit, les phénomènes et leur précision sont d’une régularité inégalée.

Redéfinir la seconde

Le kelvin, soit l’unité de température, est actuellement défini comme une fraction de la température thermodynamique du point triple de l’eau. Il s’agit d’un point unique du diagramme des phases où l’eau coexiste à l’équilibre sous ses trois formes, solide, liquide et gazeux. Mais voilà, cette définition est intimement dépendante de la qualité de l’eau utilisée. Le kelvin gagnera en précision en étant redéfini à partir de la constante de Boltzmann (k), liée à la mesure de l’agitation thermique des constituants fondamentaux d’un corps.

La définition de l’ampère, l’unité de courant électrique, va elle aussi connaître une révolution. Actuellement, il est caractérisé à partir de la force mécanique existant entre deux fils, séparés d’un mètre, infiniment longs et dans lesquels circule un courant. Bientôt, il sera relié à la charge élémentaire (e). Quant à la mole, l’unité de quantité de matière, elle sera exprimée selon le nombre d’Avogadro (NA).

La mécanique quantique a fait son entrée dans le SI en 1967 en définissant la seconde sur base de la fréquence de transition entre deux niveaux d’atomes de césium 133. Actuellement, l’incertitude relative de la seconde est de 10-16, ce qu’aucune autre unité ne peut revendiquer. Il se chuchote pourtant qu’aux alentours de 2026, elle pourrait être à nouveau redéfinie sur base de la vibration d’un autre atome que le césium. Ou exprimée selon G, la constante fondamentale de la gravitation, à condition que d’ici là, on parvienne à mesurer cette dernière avec précision.

La caractérisation de la mesure vire-t-elle à l’obsession? C’est pourtant cette manie qui a permis de concevoir les horloges atomiques nécessaires au bon fonctionnement des GPS. Rendez-vous compte: une erreur d’un millionième de seconde engendre sur le terrain une erreur de positionnement de… 300 m. Laissons le mot de la fin à Lord Kelvin, éminent savant anglais du XIXe siècle, lui qui aimait à dire: «Pour connaître les choses, nous devons les mesurer.»

@ Le Soir (24 heures)

Créé: 03.11.2018, 17h19

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