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Mercredi 17 Octobre 2018

SCIENCE - Publié le 12/10/2018 à 13:36


Kilo: le grand K bientôt déboulonné de son piédestal



Depuis 130 ans, il portait le poids du monde sur les épaules: surnommé le "grand K", le prototype international du kilogramme (IPK), qui servait d'étalon à toutes les mesures de masse, sera bientôt remplacé par une constante mathématique immatérielle.

La masse de ce cylindre en platine iridié, qui mesure 3,9 centimètres de long et 3,9 centimètres de diamètre, définit le kilogramme depuis 1889. Il est conservé précieusement au Bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres, près de Paris. Peu de personnes ont eu le privilège de l'apercevoir.

Il pèse sur lui une lourde responsabilité: l'IPK incarne la référence internationale pour toutes les mesures de masse dans le monde, que ce soit pour doser des médicaments, couper des tranches de jambon, peser un bébé ou de lourds équipements industriels. Les pays possèdent eux-même des étalons, qu'ils comparent périodiquement à des copies historiques du "grand K", qui sont elles-mêmes comparées à l'étalon suprême.

"Le kilogramme est la dernière unité de mesure basée sur un artefact physique", souligne Thomas Grenon, directeur général du LNE (Laboratoire national de métrologie et d'essais) français. "Le problème c'est qu'il vit sa vie, qu'il peut fluctuer, ce qui n'est pas du tout satisfaisant, vu les niveaux de précision dont nous avons besoin aujourd'hui".

La 26ème réunion de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) qui se tiendra du 13 au 16 novembre à Versailles, doit donc avaliser une nouvelle définition du kilogramme formulée à partir de la constante de Planck (h) de la physique quantique.

Puis en mai le "grand K" cédera officiellement son trône à petit h. Cette constante, découverte en 1900 par le physicien Max Planck, est le produit d'une énergie par un temps. Et l'énergie est reliée à la masse par la célèbre équation E = mc2.

Après plusieurs années de travaux scientifiques poussés, la valeur de h a été fixée à 6,62607015 X 10 puissance moins 34 Joule.seconde.

- 3 cloches, 3 clefs -

Pourquoi une telle révolution ? Les scientifiques se sont aperçus que la masse du prototype international avait légèrement varié par rapport à celles des six copies-témoins réalisées à la même époque et conservées au BIPM.

La masse de l'IPK a divergé de la masse de la moyenne de ces copies d'environ 50 microgrammes (millionièmes de grammes).

Pourtant, le BIPM a multiplié les précautions pour protéger l'IPK. "Il est conservé sous trois cloches de verre, dans un coffre situé dans une pièce ultra-propre dédiée, au sous-sol" du Pavillon de Breteuil, indique Estefania De Mirandes, secrétaire exécutive du Comité consultatif des unités au BIPM.

Le coffre est fermé par trois clefs, détenues par trois responsables différents qui doivent être simultanément présents pour permettre son ouverture. L'accès à la pièce nécessite une autorisation spéciale. Une fois par an, le coffre est ouvert pour vérifier visuellement l'état de l'IPK.

Estefania De Mirandes a ainsi pu le voir plusieurs fois. En 2014, le grand K est même sorti de son antre pour séjourner dans les laboratoires du BIPM, qui a pratiqué des mesures sur lui.

"En principe, il est possible d'abîmer l'IPK pendant une mesure et d'altérer sa masse car c'est un objet fragile", reconnaît-elle.

"Imaginez que l'on fasse tomber ce prototype!", s'exclame Maguelonne Chambon, directrice de la recherche scientifique au LNE.

Un cauchemar qui n'aura bientôt plus de raison d'être.

Bientôt l'étalon du kilogramme sera réalisé à partir de la constante de Planck au moyen d'une balance du watt, également appelée balance de Kibble du nom de son inventeur (le physicien britannique Bryan Kibble), et qui consiste à convertir une masse en une puissance électrique.

Seuls quelques pays possèdent actuellement une balance du watt, dont la France qui en a développé une sur le site du LNE à Trappes (région parisienne).

La Conférence générale des poids et mesures réunit les représentants de 60 états membres et 42 états et entités économiques associés.

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