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La définition du kilogramme a changé

19 novembre 2018

kg

L’étalon physique de masse – en platine sonnant et trébuchant – est abandonné au profit d’une définition plus abstraite. Les métrologues ont décidé d’abandonner notre bon vieux prototype international du kilogramme : un modeste cylindre de quatre centimètres de haut en platine conservé sous une double cloche de verre au pavillon de Breteuil, à Sèvres. Référence absolue pour la masse depuis 1889, il fera désormais figure d’antiquité…

Le système international d’unités sera entièrement remodelé au cours de la 26e Conférence générale des poids et mesures qui s’est ouverte mardi 13 novembre à Versailles. Sept unités fondamentales étaient sur la sellette. Notre fameux kilogramme (unité de masse), le kelvin (pour la température), la seconde (unité de temps), le mètre (unité de longueur), l’ampère (mesure d’une intensité électrique), la mole (quantité de matière) et la candela (mesure de l’intensité lumineuse) auront changé au terme d’un vote de la communauté scientifique réunie jusqu’au vendredi 16 novembre. Chacune d’entre-elles sera reliée à une constante fondamentale de la physique ou de la nature.
Le mètre, base de notre système métrique, était défini par un étalon physique : une règle de platine une fois de plus, mesurant un dix-millionième de l’arc méridien allant du pôle à l’équateur. Il fut défini à la Révolution française et s’est imposé partout, à l’exception notable des Etats-Unis, du Libéria et de la Birmanie.
Décelant que la masse de notre prototype du kilogramme variait dans le temps (devenant de plus en plus léger par rapport à ses copies, de l’ordre de 50 microgrammes par siècle), les métrologues ont choisi de définir le kilogramme en l’arrimant à la constante de Planck, grandeur la plus fondamentale de la mécanique quantique. Comment ? C’est tout simple.
Au moyen d’une première technique, dite “balance de Kibble”, qui consiste à mesurer la force électromagnétique nécessaire pour soulever une masse d’un kilogramme.
La seconde consiste à compter le nombre d’atomes contenus dans une sphère de silicium de 10 cm de diamètre environ. En comparant la masse de cette sphère avec une masse étalon, on peut déterminer la masse d’un atome de silicium. En propulsant un photon sur un atome puis en mesurant son déplacement, on peut proportionnellement obtenir sa masse. Le mouvement de l’atome étant proportionnel à la constante de Planck, il suffit de croiser les résultats pour relier la constante de Planck à la masse d’un atome qui elle, ne varie jamais.
Il n’est pas inutile de préciser à ceux qui n’auraient rien compris, que le changement de définition de la masse n’a aucune incidence sur le prix d’un kilo de légumes posé sur la balance du commerçant !

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