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Publié 13 novembre, 2018 communiqué de presse


La disparition du kilogramme-étalon expliquée en 5 questions-réponses

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1. Qu’est-ce que le kilogramme-étalon et en quoi est-il si important ?

Comment savoir si un kilo de pommes de terre pèse réellement un kilo ? Pour le vérifier, votre instrument de mesure doit indiquer le poids exact lors de chaque pesée. Il doit ainsi être comparé à une masse de référence très précise. La référence de base est l’« étalon national » auquel tous les instruments de mesure doivent correspondre. Pour l’unité de masse, la référence est un cylindre composé de platine et d’iridium. Cet alliage a été choisi car il très inerte, insensible aux réactions chimiques et, par ailleurs, ultrastable.

Le premier kilogramme de platine iridié a été introduit comme référence internationale en 1889. L’ultime référence, à savoir le seul véritable kilogramme (IPK, International Prototype of the Kilogram), est conservé à Paris au sein du Bureau international des Poids et Mesures (BIPM). Une cinquantaine de pays disposent d’une ou de plusieurs copies, qui sont comparées au kilogramme-étalon international. La Belgique en possède deux exemplaires : numéro 28 et numéro 37.

2. Le kilogramme-étalon disparait. Et après ?

Dans le système de référence actuel, les unités de mesure comme le kelvin, l’ampère et le kilogramme reposent sur des standards physiques (objets). Cela comporte néanmoins certains inconvénients : risque de dégradation ou de perte de l’objet de référence, technologie limitée et possible instabilité.

Le Grand K conservé à Paris montre aussi quelques signes de faiblesse. Sa masse diffère de plus en plus des kilogrammes-étalons dont disposent les autres pays. La différence avec les 6 copies officielles, également conservées à Paris, s’élève en moyenne à 50 microgrammes, soit 50 millionièmes d’un gramme. En d’autres termes, le kilogramme-étalon comme référence internationale n’est plus exact : il ne pèse plus exactement un kilo. Pour cette raison, les scientifiques souhaitent abandonner ce système de référence « matérielle » pour se baser sur un système plus fiable.

3. Comment fonctionne le nouveau système de référence ?

Le 20 mai 2019, le nouveau système de référence pour les unités de mesure sera introduit. Il se base sur des constantes de la nature. Le mètre et la seconde ont déjà été convertis : ainsi, le mètre se définit désormais sur la base de la vitesse de la lumière dans le vide. Les autres unités de mesure du Système international d’unités (SI) n’ont pas encore basculé dans le nouveau système. L’année prochaine, le kilogramme sera lui aussi défini mathématiquement par rapport à des constantes physiques.

Les scientifiques et métrologues détermineront le kilogramme sur la base de la constante de Planck. Il s’agit d’une valeur invariable issue de la mécanique quantique qui relie l’énergie d’un photon à sa fréquence et qui, grâce à la formule d’Einstein, E = mc², associe l’énergie du photon à sa masse. Deux méthodes permettent de définir le kilogramme. La première consiste à déterminer une masse inconnue au moyen d’une balance électromécanique ; la seconde à comparer une masse inconnue avec la masse d’une sphère constituée d’un isotope très pur de silicium. Les propriétés physico-chimiques de cette sphère sont en effet parfaitement connues.

4. D’autres étalons de référence, comme la seconde, le mètre et l’ampère, subiront-ils le même sort ?

Trois unités de base du Système international d’unités sont déjà définies par une formule mathématique : le mètre (unité de longueur), la seconde (unité de temps) et la candela (intensité lumineuse). Lorsque la Conférence générale des Poids et Mesures approuvera en novembre 2018 les nouvelles définitions et valeurs, l’ampère (intensité d’un courant électrique), le kelvin (unité de température), la mole (quantité de matière) et le kilogramme (unité de masse) ne reposeront plus, à partir du 20 mai 2019, sur un objet matériel de référence, mais bien sur des constantes fondamentales de la physique.

5. Qu’adviendra-t-il des deux kilogrammes-étalons de la Belgique après l’introduction de cette définition mathématique ?

En Belgique, les deux kilogrammes-étalons en platine iridié seront conservés par le service Métrologie du SPF Economie. Ce service dispose aussi de deux mètres-étalons, eux aussi en platine iridié, devenus obsolètes en 1960. Le nouvel étalon du mètre se base sur la vitesse de la lumière dans le vide. Ces prototypes de référence pèsent ensemble environ 8 kilos. Une telle masse de platine pur aurait actuellement une valeur d’environ 200.000 euros. Notez que le prix de ces étalons en platine iridié peut être multiplié, mais la valeur métrologique et scientifique de ces objets est inquantifiable.

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