Méthode de remplacement du poids étalon de platine d'un kilogramme

L'inconvénient d'utiliser le poids standard international IPK d'un kilogramme a forcé les scientifiques à trouver d'autres méthodes de mesure plus simples.

Poids étalon de platine d'un kilogramme à Paris, en France. Photo : BIPM.

Selon Business Insider, le poids IPK est un poids cylindrique en platine de 3,81 cm de haut. Il est actuellement logé dans trois cages concentriques en verre, imbriquées les unes dans les autres, dans un coffre-fort près de Paris, afin de le protéger de la poussière et de tout autre élément susceptible de le déformer.

Toutes les balances du monde, y compris celles qui mesurent en livres, sont basées sur ce poids étalon, imposé par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM). Toutefois, ce poids est susceptible d'être modifié.

« Le problème avec le poids de Paris, c'est qu'il est si précieux que les gens ne veulent pas l'utiliser », explique Stephan Schlamminger, physicien au National Institute of Standards and Technology du Maryland. Même le manipuler avec les doigts laisse des traces d'huile qui modifient légèrement son poids. On le laisse rarement dehors et on ne le déplace jamais.

Les personnes soucieuses de la précision de la masse d'un kilogramme, comme les chimistes et les physiciens, utilisent souvent une copie de l'IPK pour étalonner leurs instruments de mesure. Le problème est que les masses des copies sont également différentes lorsqu'elles sont comparées.

C’est pourquoi, en 2005, le Comité international des poids et mesures a proposé de trouver une autre façon de définir la masse d’un kilogramme, non pas liée à un objet physique spécifique mais à des propriétés fondamentales de la nature qui pourraient être facilement reproduites dans les laboratoires du monde entier.

Après un certain retard, la communauté internationale des métrologues a décidé d'utiliser la théorie mathématique pour redéfinir le kilogramme. Ils ont utilisé la constante de Planck, une grandeur qui relie la fréquence des oscillations ondulatoires d'une particule à son énergie. Grâce à la célèbre équation d'Albert Einstein, E=mc², les scientifiques ont pu convertir cette énergie en masse. Autrement dit, à partir de la relation mathématique entre la fréquence des particules et leur poids, ils ont pu définir la masse en fonction de la fréquence des particules, plutôt que d'un objet spécifique.

Cependant, il ne s'agit là que d'une théorie. La constante de Planck étant très petite et n'ayant pas encore de valeur exacte, le calcul ci-dessus prendra beaucoup de temps. En fait, les scientifiques n'espèrent pas pouvoir le terminer avant 2018.

L'Institut national des normes et de la technologie (NIUTT) a conçu une génération spéciale de machines pour mesurer la valeur de la constante de Planck. Comme de nombreuses valeurs en physique quantique et en relativité, la constante de Planck est mesurée en termes d'incertitude.

La toute nouvelle machine, NIST-4, a déjà collecté ses premières données. Ces données permettent de calculer une incertitude de 34 parties par milliard, selon un article publié dans le numéro de juin 2016 de la revue scientifique Review of Scientific Instruments. Ce chiffre est comparable à celui d'autres groupes de recherche. Ils espèrent qu'en affinant leurs procédures expérimentales, ils pourront réduire ce chiffre à 20 parties par milliard.

Des scientifiques du monde entier tentent également d'affiner leurs mesures de la constante. Une équipe du Conseil national de recherches du Canada est arrivée à 19 parties par milliard en utilisant une méthode similaire à celle de l'équipe du Maryland. Les résultats d'autres équipes seront publiés dans les prochains mois.

Une fois que toutes les équipes de recherche auront soumis leurs estimations de la constante de Planck, un programme informatique utilisera ces chiffres et un logiciel statistique sophistiqué pour obtenir la valeur optimale. Cette valeur servira à redéfinir précisément le kilogramme. Outre la masse, plus de 20 autres unités de mesure devront être redéfinies, dont la pression, le magnétisme et la charge électrique – toutes basées sur le kilogramme.

Selon VNE