9856 dossier La « fin » du kiLogramme La « fin » du kiLogramme
Il était temps de moderniser notre SI et de
le refonder sur ce que la physique nous
offre aujourd'hui de plus fiable et univer-
sel : les constantes fondamentales. Celles
de la mécanique quantique notamment, la
physique de l'infiniment petit, représentent
ce que nous connaissons de plus stable, tant
dans la régularité des phénomènes que dans
leur précision. « Le moteur du changement
en cours est assurément l’émergence de la
mécanique quantique dans l’univers de la
métrologie », confirme Christian Bordé,président du Comité science et métrologie
de l’Académie des sciences.Ainsi, le kilogramme est redéfini à partir de
la constante de Planck, h. « Celle-ci est en
effet le produit d’une énergie par un temps »,
ajoute le CNRS, « et l’énergie est reliée à la
masse via l’équation E = mc^2. Pour sa part,
le kelvin est redéfini à partir de la constante
de Boltzmann (k), liée à la mesure de l’agi-
tation thermique des constituants fondamen-
taux d’un corps. Quant à l’ampère, qui n’estautre qu’une charge par unité de temps, il
est relié à la charge élémentaire (e). Enfin,
la mole, l’unité de quantité de matière, est
définie directement en fixant la constante - ou
nombre - d’Avogadro (NA). »Le CNRS note cependant que le nouveau SI
reflète uniquement la connaissance que l'on
a de la physique à l'heure actuelle. Ce qui
suppose des évolutions possibles dans le futur
en fonction de l'avancée de la science.Rassurez-vous, ces nouvelles définitions ne
vont pas changer votre quotidien! Le grand
public n'est pas vraiment concerné... Pour les
secteurs intéressés, la continuité est assurée
entre l’ancien et le nouveau système. Les
valeurs des constantes fondamentales ont pu
être fixées après avoir été mesurées très préci-
sément - donc avec une très faible incertitude- selon les anciennes définitions. L’incertitude
de la mesure porte donc désormais sur les
anciens étalons de référence.
Alors pourquoi changer de références? « Tout
simplement parce qu’une fois le kelvin fondé
sur une constante fondamentale, sa définition
n’impliquera plus aucune température par-
ticulière, évitant très concrètement la pro-
pagation d’erreurs dans l’étalonnage des
thermomètres au fur et à mesure que l’ons’éloigne du point triple de l’eau. Idem avec
le kilogramme, qui désormais ne fera plus
aucune référence à un étalon matériel. Etc. »Comme l'analyse Marc Himbert, du Conser-
vatoire national des arts et métiers (Cnam),
« les premiers bénéficiaires du nouveau kelvin
devraient être les industries concernées par
les hautes températures. En effet, 60% desQuels changements attendre?
La mécanique quantique va mesurer le monde
SCIENCE-MAGAZINE_61.indd 56 24/12/2018 10:14la « fin » du kilogramme la « fin » du kilogramme dossier^55
Une question de confiance
Comme le souligne le CNRS*, les scien-
tifiques attendaient cette mesure depuis
longtemps. En effet, « alors que science et
industrie sont entrées dans l’ère du nano-
monde, la totalité des références de masse
sur la planète étaient étalonnées à partir
d’un artefact dont la masse a lentement varié
d’environ 50 microgrammes par rapport à
celle de ses copies ». Et que dire si le « grand
K » était tombé ou avait été dérobé? C'était
la fin du kilogramme et, dans la foulée, des
unités qui en dépendent, tels le newton, le
joule ou le watt!« Quant au kelvin, l’unité de température, il
était défini comme une fraction de la tempé-
rature thermodynamique du point triple de
l’eau - où l’eau coexiste à l’équilibre sous les
trois phases : solide, liquide et vapeur. Or,
cette définition dépend de la qualité de l’eau
(impuretés, composition isotopique...) utilisée
pour la mettre en œuvre. Du reste, liée à une
température particulière, elle est peu adaptée
à la mesure des températures inférieures à 20
kelvins (-253,15 °C) ou supérieures à 1 300
kelvins (1 026,85 °C).
Et que dire de l’ampère, l’unité de cou-
rant électrique, définie à partir de la force
mécanique entre deux fils infiniment longs,séparés d’un mètre, dans lesquels circule
un courant? Cela fait plusieurs décennies
que les professionnels de l’électricité l’ont
en pratique troquée contre une définition
impliquant des processus quantiques. »L’objectif était donc d’établir une confiance
dans les mesures, afin d'élaborer sur une
base fiable savoirs scientifiques, décisions
politiques et échanges commerciaux. Par
exemple, d’assurer qu’un kilogramme de
sucre est bien le même à Paris, à New York
et à Londres!* CNRS Le Journal n°293 – Dossier réalisé par Mathieu Grousson et Yaroslav Pigenet : « Mesures : le grand renversement ».SCIENCE-MAGAZINE_61.indd 55 24/12/2018 10:14actuaLité La « fin » du kilogramme