Le kilo ne sera plus ce qu'il était…

 Par Michel Gay

La conférence internationale des poids et mesures qui s’est tenue à Versailles en novembre 2018 a modifié quatre unités du système métrique, dont l'une des plus anciennes, le kilogramme (kilo). On n’arrête pas le progrès !

Le mètre de l'ordre…

Les nouvelles unités ne dépendront plus d'expériences spécifiques comme, par exemple, la force entre deux fils éloignés pour l'ampère. Elles seront toutes définies par des phénomènes que la physique sait aujourd'hui traiter, ce qui n’était pas le cas il y a seulement quelques années, notamment pour définir le kilo.

Leur nouvelle définition les rend interdépendantes.

Ainsi, le kilo, l'ampère et le degré kelvin dépendent dorénavant du mètre et de la seconde… (Comment peut-on relier le kilo au mètre et à la seconde !? Les physiciens sont très forts…)

Autre conséquence, l'étalon mondial du kilo représenté par un cylindre de platine iridié conservé depuis le 28 septembre 1889 au Bureau international des poids et mesures (BIPM) dans le Pavillon de Breteuil à Sèvres (dans les Hauts de Seine) disparaît.

C'était le seul et dernier étalon matériel qui restait encore en vigueur.

Le nouveau kilo (égal au premier…) sera désormais défini à partir de… la constante de Planck (h), issue de la physique quantique qui relie l’énergie (E) d’un photon à sa fréquence v (lettre grecque « nu »)… La constante de Planck h = 6,62607015 x 10-34 Joule seconde.

Ainsi m = hv / c2 (lire : la masse est égale à h multipliée par « nu » sur la vitesse de la lumière au carré).

Cette égalité résulte de la célèbre formule d’Einstein E = mc2 et de E = hv

Le commun des mortels n'y comprend plus rien, mais il paraît que c'est mieux !

Depuis 1960, le mètre n'était déjà plus cette longueur "prototype" représentée par une règle de platine iridié à température de la glace fondante (sa longueur était alors égale à 1 650 763,73 longueurs d'onde dans le vide de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux 2p10 et 5d5 de l'atome de Krypton 86…).

En 1985, la nouvelle définition du mètre est devenue le trajet parcouru par la lumière pendant une durée de 1/ 299 792 458 ième de seconde. La vitesse de la lumière est une constante parfaitement connue. Cette dernière définition réduit l'incertitude qui était de 10-10 jusqu'à présent.

Le commerce, c'est mesurer

Commercer, c'est échanger et mesurer. Différents systèmes de mesures et d’étalons ont été inventés pour quantifier les transactions.

Étendus à la physique, ces étalons de masse (poids), de longueur, et de temps ont beaucoup évolués en fonction des connaissances scientifiques. La recherche de cohérence entre ces unités de base, et d'universalité pour se comprendre au-delà des frontières, et comprendre la nature, s'est vite révélée indispensable.

La science de la mesure (métrologie) et donc née. La convention du mètre par exemple est adoptée aujourd'hui par la quasi-totalité des Etats, même par… la Grande-Bretagne.

"Encore un truc pour nous gruger ?"

Est-ce "encore un truc pour nous gruger" se demandent le citoyen suspicieux qui fait ses courses ? Ces scientifiques ne vont-ils pas encore « faire le coup » de la bouteille de 75 cl qui passe à 70 cl, ou du paquet de gâteaux qui en contient moins avec le même prix ?

Non. Les unités ne varient pas. Le processus de définition reste le même à partir des constantes fondamentales mais en donnant une valeur exacte à une constante reconnue. Le BIPM l'appelle à "constante explicite".

Cela donne aux unités de base la cohérence et le caractère universel recherchés qui ne dépendent que des constantes de la physique qui sont dorénavant fixées, et donc... constantes.

La nouvelle définition des unités de base sera effective en mai 2019. Qu'on se le dise !... Même si cela ne changera rien à la vie de tous les jours pour le commun des mortels…

Complément pour ceux qui aiment les chiffres et qui veulent du « concret » :

  • le temps (seconde s) est fixé par la fréquence de la transition du césium,
  • la longueur (mètre m) est fixée par la vitesse de la lumière,
  • la masse (kilo kg) est fixée par la constante h de Planck,
  • le courant (ampère A) est fixé par la charge de l’électron,
  • la température (kelvin K) est fixée par la constante k de Boltzmann,
  • la quantité de matière (mole mol) est fixée par le nombre d’Avogadro,
  • l’intensité lumineuse (candela cd) est fixée par l’efficacité lumineuse Kcd (voir ci-dessous).

Définitions des nouvelles constantes :

  • La fréquence de la transition hyperfine de l’état fondamental du césium 133 établie en 1968 est fixée à 9 192 631 770 Hertz
  • La vitesse de la lumière dans le vide « c » est fixée à 299 792 458 m/s
  • La constante de Planck « h » est fixée à 6,62607015 x 10-34 J s
  • La charge élémentaire « e » est fixée à 1,602176634 x 10-19 C
  • La constante de Boltzmann « k » est fixée à 1,380649 x 10-23 J / K
  • La constante d’Avogadro NA est fixée à 6,02214076 x 1023 mole-1
  • L’efficacité lumineuse Kcd d’un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 1012 Hz est égale à 683 lumens par watt (établie en 1979).

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