Un bond en avant pour la masse alors que la science redéfinit le kilogramme

Conçu dans un contexte de bouleversement scientifique et politique à la suite de la Révolution française, un seul petit cylindre en alliage de platine et d'iridium repose depuis près de 130 ans dans le calme et constitue la référence mondiale pour ce qui est précisément un kilogramme.

Le prototype international du kilogramme, ou "Le Grand K", est l'un des vestiges les plus sacrés de la science, un analogue auquel sont comparés tous les autres poids et un totem du système métrique qui a accompagné l'époque de la liberté. égalité et fraternité.

Il est tellement vénéré qu’il n’a été pesé que quatre fois depuis 1889 et que la salle qui le abrite située dans le pavillon de Breteuil ne peut être ouverte que lorsque les trois détenteurs de la clé vivante, qui pour des raisons de sécurité doivent être de nationalités différentes, ouvrent la porte simultanément.

Et pourtant, il va bientôt être sans emploi.

Des centaines de scientifiques du monde entier se retrouveront cette semaine à l'opulence du château de Versailles pour la 26ème Conférence générale des poids et mesures.

Là, dans un acte remplissant tardivement la promesse fondatrice du système métrique de "Pour tous les âges, pour tous les peuples", ils remplaceront le Grand K par une formule universelle qui définit le kilogramme en utilisant les lois quantiques de la Nature.

"Le kilogramme est la dernière unité de mesure basée sur un objet physique", a déclaré Thomas Grenon, directeur du Laboratoire national de métrologie et d'essais de France.

"Le problème, c'est que ça a eu une vie, ça pourrait fluctuer. Ça ne suffit pas, vu le niveau de précision dont nous avons besoin aujourd'hui."

Qu'y a-t-il dans une seconde?

Avec l'adoption du système métrique, les scientifiques de la fin du XVIIIe siècle devaient codifier une structure unique exprimant la distance, le temps, les processus électriques et la masse en unités de mesure similaires et transférables.

Ils ont défini un mètre comme étant le dix millionième du quadrant terrestre, traversant Paris naturellement.

"Nous nous tournons maintenant vers le passé et disons que le processus qu'ils ont suivi était plutôt bon. Nous ne le ferions pas très différemment aujourd'hui", a déclaré Martin Milton, directeur du BIPM, gardien international de nos systèmes de mesure.

Le compteur a été utilisé à son tour pour définir la masse: quelle que soit la quantité d’un décimètre en cubes (10 cm x 10 cm x 10 cm) pesée, on parle désormais d’un kilogramme.

Mais la science a évolué depuis l'époque de la révolution.

Un compteur est maintenant défini par la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une fraction de seconde.

La seconde elle-même s'exprimait par rapport à la rotation de la Terre. Mais depuis les années 1960, il a officiellement fallu un atome de césium 133 osciller 9 192 631 770 fois, pas moins une révolution.

Au lieu de se rapporter à la masse d'un objet physique singulier, le kilogramme sera défini à l'avenir en fonction de la constante de Planck – le rapport d'énergie quantique qu'une fréquence lumineuse peut porter à cette même fréquence, soit 6,626 x 10-34 joule secondes. .

L'énergie est intrinsèquement liée à la masse, comme l'a démontré Einstein avec son équation E = mc2.

La constante de Planck, combinée à deux phénomènes quantiques permettant la création de puissance électrique, peut être utilisée pour calculer la masse en fonction de la puissance mécanique équivalente nécessaire pour la déplacer.

"Si vous poussez une masse, le pouvoir dont vous avez besoin dépend de cette masse. Et vous pouvez entièrement baser cette puissance sur le courant électrique fourni par nos constantes quantiques", a déclaré Milton à l'AFP.

Les partisans de cette approche affirment qu'il sera au moins un million de fois plus stable que les artefacts physiques et qu'il aura toute une gamme d'applications pratiques à l'avenir.

"Pour de nombreuses applications, un kilogramme est une très grosse masse", a déclaré Milton.

Les progrès de la production pharmaceutique et chimique signifient que les ingrédients des médicaments sont de plus en plus mesurés au microgramme et deviennent de plus en plus précis.

"Un kilo est bon pour les pommes de terre pour lesquelles vous n'avez pas besoin de beaucoup de précision, mais ce n'est pas le poids idéal pour de nombreuses applications exigeantes en sciences et dans l'industrie. Le nouveau système est évolutif à l'infini."

"États se réunissant"

Les scientifiques utiliseront également le sommet de Versailles pour modifier la définition de l'ampère (courant électrique), du kelvin (température) et de la mole (atomes), tous exprimés par les lois universelles de la Nature.

Milton a déclaré que cette décision était un moyen de s'assurer que le monde serait toujours d'accord sur ce qu'est exactement un kilogramme, qu'il s'agisse d'un sac de sucre, d'un litre d'eau ou d'un rapport quantique précis.

"Nous vivons dans un monde où les gens craignent que la tendance vers le multilatéralisme soit stoppée et même en train de se renverser. Mais ici, dans la science de la mesure, les États s'accordent vraiment pour être d'accord", a-t-il déclaré.

Le Grand K, quant à lui, a peut-être perdu son utilité en tant que kilogramme parfait, mais sa contribution à la science est loin d'être terminée.

"Il restera dans le coffre dans les conditions qui prévalent depuis 1889", a déclaré Milton.

"Il s'agit en réalité d'une expérience à long terme, car nous allons la peser dans les décennies à venir pour voir comment elle réagit aux conditions. Elle continue d'être un objet d'intérêt pour la science."

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