Le grand K est mort, vive le kilogramme!

10 décembre 2018, 17:01
Le grand K est mort, vive le kilogramme!
Le grand K est mort, vive le kilogramme!
Les chercheurs viennent de changer la définition du kilogramme. Il y a encore quelques jours, il correspondait à la masse d’un prototype de platine et d’iridium (dit « Le grand K »), conservé précieusement dans un coffre-fort du Bureau International des Poids et Mesures, situé à Sèvres, en région parisienne.

Pourtant, le 16 novembre 2018, il a été décidé au cours de la Conférence générale des poids et mesures à Versailles, de remplacer cette définition matérielle du kilogramme par celle d'un courant électrique.

Pourquoi les jours de notre bon vieux kilogramme étaient-ils comptés ?

Depuis 1889, « Le grand K » est l’étalon du système international pour la mesure des masses. Il en existe plusieurs exemplaires, d'une précision extrême, conservés en différents lieux. Ces copies ne sont, en réalité, pas absolument identiques au prototype. En outre, il semble que leur masse ait évolué de manière infinitésimale au fil du temps, sous l'effet d'influences extérieures.

Dans un monde où la précision des mesures est d'une importance cruciale dans de nombreux domaines (nanotechnologies, systèmes de navigation par satellite), les garants du Système International (SI) ont été contraints d'envisager une définition plus solide de l'unité de masse.

Quel degré d’erreur pour l’étalon ?

La dérive ne représente que cinquante parties par milliard, soit une masse inférieure à celle d’un cil. Pourtant, même infinitésimale, cette dérive peut avoir des conséquences considérables. Ce qui a conduit à remplacer cet étalon par une mesure électrique pour établir une référence plus stable, plus précise et « plus démocratique ».

Le nouveau kilogramme

La force exercée par un électroaimant sur un objet métallique est directement liée au courant électrique qui traverse les enroulements de cet aimant. Il existe donc une relation directe entre l'électricité et la masse.

Présente dans la nature, la constante de Planck relie la masse et le courant électrique. Indiquée par la lettre minuscule h, cette constante pose cependant un problème : elle est extrêmement petite et sa mesure pose donc des difficultés considérables.

Balance de Kibble

C'est ici qu'intervient le scientifique Bryan Kibble, créateur d'une balance extrêmement précise. La balance de Kibble (dérivée de la balance d'Ampère, son ancêtre) possède d'un côté un électroaimant qui exerce une attraction vers le bas, et de l'autre, un poids, par exemple un kilogramme. Le courant électrique est réglé de sorte que l'échelle se trouve en parfait équilibre.

Une constante h infinitésimale

En mesurant le courant avec une précision sans précédent grâce à l'électroaimant, il est possible de déterminer h à 0,000001% près ― ce qui n'est pas un mince exploit sachant que la constante est de l'ordre de 6,6 × 10−34 J s... Ce procédé a permis de mettre sur pied la nouvelle définition du kilogramme, qui est plus démocratique puisque tout possesseur d'une balance de Kibble peut vérifier la masse de référence, et ce, partout dans le monde.

La date officielle d’entrée en vigueur de la nouvelle définition est le 20 mai 2019.
 
Source : National Institute of Standards and Technology (NIST)
 
Source : Practical Engineering

Source : BBC News
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