Combien pèse un kilogramme ? Les scientifiques explorent ce problème apparemment simple depuis des centaines d'années.
En 1795, la France promulgua une loi définissant le gramme comme « la masse absolue d'eau contenue dans un cube dont le volume est égal à un centième de mètre cube à la température de fusion de la glace (soit 0 °C) ». En 1799, des scientifiques découvrirent que le volume d'eau est le plus stable lorsque sa densité est maximale à 4 °C. La définition du kilogramme fut alors modifiée et devint « la masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4 °C ». Ceci donna naissance au kilogramme originel en platine pur, défini comme égal à sa masse, appelé kilogramme d'archives.
Ce kilogramme d'archives a servi de référence pendant 90 ans. En 1889, la Première Conférence internationale de métrologie a approuvé comme kilogramme original international une réplique en alliage de platine-iridium, la plus proche possible du kilogramme d'archives. Le poids du « kilogramme » est défini par un cylindre en alliage de platine-iridium (90 % de platine, 10 % d'iridium), d'environ 39 mm de hauteur et de diamètre, actuellement conservé dans une cave en périphérie de Paris.
kilogramme original international
Depuis le Siècle des Lumières, la communauté des géomètres s'est attachée à établir un système d'arpentage universel. Bien que l'utilisation d'un objet physique comme étalon de mesure soit une méthode envisageable, sa fragilité, due à des facteurs humains ou environnementaux, compromet la stabilité du système. C'est pourquoi la communauté des géomètres a toujours souhaité abandonner cette méthode au plus vite.
Suite à l'adoption par le kilogramme de sa définition internationale originale, une question préoccupe fortement les métrologues : cette définition est-elle stable ? Va-t-elle dériver avec le temps ?
Il convient de préciser que cette question a été soulevée dès la définition du kilogramme, unité de masse. Par exemple, lors de la définition du kilogramme en 1889, le Bureau international des poids et mesures a produit sept masses d'un kilogramme en alliage platine-iridium. L'une d'elles, le kilogramme original, a servi à définir l'unité de masse, tandis que les six autres, fabriquées du même matériau et selon le même procédé, ont été utilisées comme étalons secondaires pour vérifier l'absence de dérive au fil du temps.
Parallèlement, le développement des technologies de haute précision exige des mesures plus stables et exactes. C’est pourquoi un plan de redéfinition de l’unité de base internationale à l’aide de constantes physiques a été proposé. Le recours à des constantes pour définir les unités de mesure garantit que ces définitions répondront aux besoins des découvertes scientifiques de demain.
D'après les données officielles du Bureau international des poids et mesures, entre 1889 et 2014, la concordance de qualité entre le kilogramme original et le kilogramme international a varié d'environ 50 microgrammes. Ceci révèle un problème de stabilité de l'étalon physique de cette unité de mesure. Bien que cette variation de 50 microgrammes puisse paraître faible, elle a des répercussions importantes sur certains secteurs de pointe.
Si l'on utilise les constantes physiques fondamentales pour remplacer le kilogramme comme étalon physique, la stabilité de l'unité de masse ne sera plus 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 l'unité de masse kilogramme, et les laboratoires nationaux compétents sont encouragés à mener des recherches scientifiques sur ce sujet.
Par conséquent, lors de la Conférence internationale de métrologie de 2018, les scientifiques ont voté pour mettre officiellement hors service le prototype international du kilogramme et ont changé la constante de Planck (symbole h) comme nouvelle norme pour redéfinir le « kg ».
Date de publication : 5 mars 2021