Combien pèse un kilogramme ? Les scientifiques étudient ce problème apparemment simple depuis des siècles.
En 1795, la France promulgua une loi définissant le « gramme » comme « le poids absolu de l'eau dans un cube dont le volume est égal à un centième de mètre à la température de fonte des glaces (soit 0 °C) ». En 1799, les scientifiques découvrirent que le volume d'eau est le plus stable lorsque sa densité est maximale à 4 °C. La définition du kilogramme fut donc modifiée pour devenir « la masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4 °C ». Cela donna naissance au kilogramme original en platine pur, défini comme égal à sa masse, appelé kilogramme d'archives.
Ce kilogramme d'archives sert de référence depuis 90 ans. En 1889, la première Conférence internationale de métrologie a approuvé une réplique en alliage platine-iridium la plus proche du kilogramme d'archives comme kilogramme original international. Le poids d'un « kilogramme » est défini par un cylindre en alliage platine-iridium (90 % platine, 10 % iridium), d'environ 39 mm de hauteur et de diamètre, actuellement entreposé dans un sous-sol en banlieue parisienne.
Kilogramme original international
Depuis le Siècle des Lumières, la communauté des géomètres s'est engagée à établir un système de mesure universel. Bien qu'il soit possible d'utiliser l'objet physique comme référence de mesure, sa stabilité est affectée par sa vulnérabilité aux dommages causés par l'homme ou les facteurs environnementaux. La communauté des géomètres a donc toujours souhaité abandonner cette méthode au plus vite.
Après l'adoption de la définition internationale originale du kilogramme, une question préoccupe vivement les métrologues : quelle est la stabilité de cette définition ? Devra-t-elle évoluer au fil du temps ?
Il faut dire que cette question a été soulevée dès le début de la définition du kilogramme, l'unité de masse. Par exemple, lors de la définition du kilogramme en 1889, le Bureau international des poids et mesures a produit 7 poids kilogrammes en alliage platine-iridium, dont l'un est le kilogramme international. Le kilogramme original est utilisé pour définir le kilogramme, l'unité de masse et les 6 autres, fabriqués dans le même matériau et selon le même procédé, servent de repères secondaires pour vérifier s'il existe une dérive temporelle entre eux.
Parallèlement, avec le développement des technologies de haute précision, nous avons besoin de mesures plus stables et plus précises. C'est pourquoi un projet de redéfinition de l'unité de base internationale à l'aide de constantes physiques a été proposé. L'utilisation de constantes pour définir les unités de mesure permettra de répondre aux besoins de la prochaine génération de découvertes scientifiques.
Selon les données officielles du Bureau international des poids et mesures, entre 1889 et 2014, la constance de la qualité des autres kilogrammes d'origine et du kilogramme d'origine international a varié d'environ 50 microgrammes. Cela révèle un problème de stabilité de la référence physique de l'unité de qualité. Bien que cette variation de 50 microgrammes puisse paraître minime, elle a un impact considérable sur certaines industries haut de gamme.
Si les constantes physiques fondamentales sont utilisées pour remplacer le kilogramme, la stabilité de l'unité de masse ne sera pas affectée par l'espace et le temps. C'est pourquoi, en 2005, le Comité international des poids et mesures a élaboré un cadre pour l'utilisation des constantes physiques fondamentales afin de définir certaines unités de base du Système international d'unités. Il est recommandé d'utiliser la constante de Planck pour définir le kilogramme, et les laboratoires nationaux compétents sont encouragés à mener des travaux de recherche scientifique dans ce domaine.
C'est pourquoi, lors de la Conférence internationale de métrologie de 2018, les scientifiques ont voté pour déclasser officiellement le prototype international du kilogramme et ont changé la constante de Planck (symbole h) comme nouvelle norme pour redéfinir le « kg ».
Date de publication : 05/03/2021