Le nouveau kilogramme entré en vigueur hier

Redéfinie en novembre dernier, l’unité du kilogramme est désormais calculée à partir d’une constante, plutôt qu’un référentiel.

La journée d’hier, le 20 mai 2019, pourra être commémorée comme étant historique : il s’agit de la journée où toutes les unités du système international (SI) reposent désormais sur des constantes fondamentales.

Jusqu’à tout récemment, le kilogramme était l’une des dernières unités du SI à être calculée à partir d’un référentiel. Sa valeur exacte a toutefois été redéfinie à l’automne dernier, dans le cadre de Conférence générale des poids et mesures (CGPM).

Rappelons qu’auparavant, la valeur du kilogramme était définie par le « grand K » (photo en une), ce fameux cylindre fait de platine et d’iridium, conservé depuis 1889 au bureau international des poids et mesures (BIPM), à Sèvres (Paris).

Plusieurs copies de ce cylindre, plus ou moins précises, servaient de référentiel aux diverses scientifiques et ingénieurs du monde, ce qui empêchait une précision parfaite dans les diverses mesures de masse.

Le kilogramme est désormais défini par la constante de Planck (h), qui définit la valeur minimale d’énergie que l’on peut mesurer sur une particule. Cette constante met en relation le mètre et la seconde, qui sont toutes deux des unités à valeurs fixes.

La constante de Planck, dont l’unité s’exprime en m2·kg/s, permettra ainsi de calculer un kilogramme mathématiquement toujours identique.

Trois autres unités du système international ont également été redéfinies, pour être elles aussi calculées à partir d’une constante fondamentale plutôt qu’un référentiel. Il s’agit de l’ampère, du degré Kelvin et de la mole.

 

Une participation du Canada

Bien que ces nouvelles définitions soient le fruit d’une collaboration de la communauté scientifique internationale, le Canada a joué un rôle majeur dans leurs adoptions.

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), plus particulièrement son Centre de recherche en métrologie, a en fait contribué à la quantification de la constante de Planck, une dimension essentielle au calcul des unités.

Pour réaliser son calcul, l’équipe de métrologie a utilisé la balance de Kibble, un appareil qui mesure le poids d'un objet d'après sa force électromagnétique. En tenant compte des forces infinitésimales qui agissent sur la balance, comme les variations gravitationnelles de la Lune et le volume de l'eau dans le sol alimenté par la fonte des neiges, une nouvelle valeur a pu être déterminée.

La constante de Planck, qui mesure le mouvement déterminant la masse (en mécanique quantique), a ainsi été calculée à une précision de 9,1 parties par milliards.

Le directeur du centre de métrologie du CNRC, M. Alan Steele, a tenu à souligner la contribution internationale dans cette découverte.

« Le CNRC n'a pas franchi ce jalon seul, car il a fait partie d'une collectivité de scientifiques internationaux qui ont travaillé en étroite collaboration », a-t-il déclaré par voie de communiqué.