25 Septembre 2017  |  Éditorial
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 09/2017

Éditorial (9/2017)

La métrologie se dématérialise
La métrologie, science du mesurage, est chargée, sous l’autorité du Bureau international des poids et mesures, de définir les unités de mesure, d’établir les étalons fondamentaux et de les réaliser. Or une révolution se prépare dans ce monde très particulier. En effet, quatre des sept unités de base du Système international d’unités, à savoir le kilogramme, le kelvin, l’ampère et la mole, devraient être redéfinies l’an prochain lors de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM).
C’est le kilogramme, l’étalon des masses, constitué d’un cylindre de platine et d’indium conservé au pavillon de Breteuil à Sèvres, qui va être dématérialisé. Et c’est – comme pour le mètre – une constante fondamentale de la physique qui le caractérisera: la vitesse de la lumière, par l’intermédiaire de la constante de Planck, qui relie l’énergie d’un photon à sa fréquence.
C’est parce qu’elles ont été établies à des dates et selon des approches très différentes, que ces unités ne satisfont plus aux exigences actuelles. Dernier objet matériel représentant une unité, le kilogramme aurait perdu, depuis 130 ans, quelque 50 µg, une différence qui se répercute à l’ensemble du Système international d’unités, car le kilo définit l’ampère, la mole, la candéla, ainsi que des unités dérivées telles que le newton, le joule, etc.
La CGPM a donc décidé de redéfinir le kilogramme en se basant sur la constante de Planck, car on peut la relier à la masse grâce à la célèbre équation d’Einstein E = mc2. Cet organe décisionnel a alors exigé que cette constante soit déterminée avec une incertitude ne dépassant pas 0,020 ppm. Une première expérience la définit en calculant, par interférométrie, le nombre d’atome contenus dans une sphère d’un kilogramme de silicium. Une seconde utilise une balance du watt, un appareil qui permet de convertir, avec neuf chiffres significatifs, la puissance mécanique en puissance électrique et de remonter ainsi à la constante de Planck. La balance du watt a permis de déterminer celle-ci avec une incertitude de 0,018 ppm.
Le kelvin, unité de température, verra sa nouvelle définition basée sur la constante de Bolzmann, qui relie l’énergie cinétique des molécules d’un gaz à sa température. L’ampère, qui mesure l’intensité d’un courant électrique, sera caractérisé en 2018 comme un flux de charges élémentaires par seconde. Quant à la mole, qui est la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12, elle sera redéfinie en fixant la valeur du nombre d’Avogadro à 6,02 x 1023 mol-1.
Cette réforme du Système international d’unités permettra dé­sormais de garantir l’invariance et l’universalité des mesures en se basant sur les constantes de la physique, qui représentent ce que nous connaissons de plus stable dans l’Univers.
 
par Michel Giannoni


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