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Kilo, ampère, kelvin... Petite révolution à venir dans les unités de mesure

Kilo, ampère, kelvin... Petite révolution à venir dans les unités de mesure
Un prototype du kilogramme conservé au Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) à Sèvres-
histoire

Un kilo, vraiment un kilo, au microgramme au près. Pour plus de fiabilité, des unités de mesure (kilo, ampère, kelvin, mole) vont être redéfinies, une nécessité dans un monde où les nouvelles technologies exigent de plus en plus de précision.

Un kilo, aujourd'hui, est défini comme étant égal à la masse du "grand K", un cylindre de platine et d'iridium conservé précieusement depuis 1889 au bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres, près de Paris.

Comme on ne peut pas étalonner toutes les balances du monde en région parisienne, des copies de cet étalon ont été fabriquées. Et c'est là que le bât blesse.

Car même si le prototype et les copies ont été fabriqués à la même époque et de la même façon, puis conservés dans les mêmes conditions, ils maigrissent ou grossissent très légèrement au fil des ans, indépendamment les uns des autres, sans que l'on sache vraiment pourquoi.

"Si on fait une moyenne de la masse des copies, on constate qu'elle a bougé de 35 microgrammes", expliquait François Nez, directeur de recherche au CNRS, à l'occasion d'une récente présentation à la presse de ces changements.

Cette variation est évidemment anecdotique pour le commun des mortels quand il s'agit de faire son marché. Mais peut devenir problématique: les sciences et l'industrie sont entrées dans l'ère de l'infiniment petit avec notamment le développement des technologies quantiques.

- Atome par atome -

Dans l'univers des matériaux, de l'électronique ou de la médecine, on cherche maintenant à manipuler la matière, atome par atome (un atome est 500.000 fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu).

Après 10 ans de réflexion, les chercheurs ont donc décidé de remplacer le "grand K". A partir de mai 2019, le kilogramme ne devrait plus être défini à partir d'un objet matériel unique mais en fonction d'une constante fondamentale.

L'ampère (unité de courant électrique), la mole (unité de quantité de matière) et le kelvin (unité de température) seront eux aussi rattachés à des constantes fondamentales, ces valeurs déterminées en observant le monde telles que la vitesse de la lumière, la masse et la charge de l'électron... Des mesures rendues possibles grâce aux avancées de la science.

Le mètre avait déjà subi le même sort. Son étalon, également conservé à Sèvres, avait été détrôné au profit de la vitesse de la lumière, ou plus précisément de la distance qu'elle parcourt en une infime fraction de seconde.

"Les unités restent toujours les mêmes, on va toujours parler en kilogramme, en mètre, en seconde ... mais leurs définitions changent", résume François Nez.

- Adoption en novembre -

Cette petite révolution scientifique doit être actée lors de la 26e réunion de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) qui se tiendra du 13 au 16? novembre à Versailles.

Cette conférence, créée à la fin du XIXe siècle, se réunit tous les 4 à 6 ans pour débattre et éventuellement modifier le Système international (SI) uniformisant les unités à l'échelle mondiale.

Des représentants de la soixantaine d'États membres adopteront les nouvelles définitions pour une application en mai.

Le kilogramme sera formulé à partir de la constante de Planck (h), le seuil d'énergie minimum que l'on puisse mesurer sur une particule. Le kelvin, mesuré à partir de l'eau, sera redéfini à partir de la constante de Boltzmann (k), liée à la mesure de l'agitation thermique des constituants fondamentaux d'un corps.

L'ampère, enfin, sera relié à la charge élémentaire (e), la charge électrique d'un proton. La mole, l'unité de quantité de matière, utilisée essentiellement en chimie sera définie directement en fixant la constante d’Avogadro (NA).

"Il faut s'assurer que toutes les mesures que l'on fait, quel que soit le pays et quel que soit l'instant, soient cohérentes les unes avec les autres, c'est un enjeu sociétal, économique et commercial", rappelle Noël Dimarcq, directeur de recherches au CNRS.

Les enjeux de ces changements feront l'objet d'un colloque organisé au siège du CNRS les 18 et 19 octobre.

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