Un colloque pluridisciplinaire sur la refonte du système international (SI) d’unités de mesure aura lieu à Paris dans les locaux du CNRS les 18 et 19 octobre prochain sur le thème « Tous mesureurs, tous mesurés. La science au cœur de la société ». Ce sera l’occasion d’échanger sur la redéfinition de quatre des sept unités fondamentales du système sur la base de constantes fondamentales et non plus matérielles : la masse (le kilogramme), la mole, le Kelvin et l’Ampère. Ce colloque précédera de peu la 26e Conférence Générale des poids et mesures qui se tiendra en novembre prochain à Versailles au cours de laquelle cinquante-huit États seront réunis pour valider cette redéfinition majeure des unités de mesure.
Dans la foulée, le Conservatoire national des arts et métiers, en collaboration avec le Laboratoire national de métrologie et d’essais, dont le CNRS est partenaire, organise l’exposition « Sur mesure, les 7 unités du monde » au musée des Arts et Métiers, à Paris, du 16 octobre 2018 au 5 mai 2019. Cette exposition qui explore en cinq chapitres l’omniprésence de la mesure dans notre quotidien, son histoire, sa symbolique, la complexité de l’acte de mesurer à travers la profusion des instruments présentés et enfin ses applications dans de nombreux secteurs d’activités.
À la suite de cette refonte, le kilogramme ne sera ainsi plus défini à partir d’un étalon matériel, le fameux kilo étalon conservé au Pavillon de Breteuil à Sèvres. Que dire du kelvin, l’unité de température « actuellement défini, rappelle Mathieu Grousson dans un récent numéro du Journal du CNRS, comme une fraction de la température thermodynamique du point triple de l’eau – où l’eau coexiste à l’équilibre sous les trois phases : solide, liquide et vapeur. Or, cette définition dépend de la qualité de l’eau (impuretés, composition isotopique…) utilisée pour la mettre en œuvre. Du reste, liée à une température particulière, elle est peu adaptée à la mesure des températures inférieures à 20 kelvins (-253,15 °C) ou supérieures à 1 300 kelvins (1 026,85 °C) ».
Que dire aussi de l’ampère, « l’unité de courant électrique, définie à partir de la force mécanique entre deux fils infiniment longs, séparés d’un mètre, dans lesquels circule un courant […] Cela fait plusieurs décennies que les professionnels de l’électricité l’ont en pratique troquée contre une définition impliquant des processus quantiques […]. À l’évidence, il était temps d’y mettre bon ordre ». Rappelons pour mémoire qu’en 1983 le mètre a été la première unité à être redéfinie à partir d’une constante physique atomique.
Pour Marc Himbert, du Conservatoire national des arts et métiers (Cnam), « toutes les définitions des unités étaient plus ou moins devenues pathologiques. Qu’on en juge : alors que science et industrie sont entrées dans l’ère du nano-monde, la totalité des références de masse sur la planète sont aujourd’hui étalonnées à partir d’un artefact dont la masse a lentement varié d’environ 50 microgrammes par rapport à celle de ses copies ». Or, comme le fait remarquer François Nez, du Laboratoire Kastler-Brossel (LKB), « imaginez que l’on fasse tomber l’étalon de masse, c’en serait alors fini du kilogramme ».
« En rattachant explicitement toutes les unités de base à des constantes fondamentales, la future réforme du Système international parachèvera l’objectif d’universalité et de stabilité des mesures des inventeurs du système métrique », fait remarquer Yaroslav Pigenet, dans un récent article paru également dans le Journal du CNRS. Autrement dit, « la redéfinition des unités de base repose sur une formulation à constante explicite, c’est-à-dire une définition dans laquelle l’unité est définie indirectement en donnant une valeur exacte à une constante fondamentale reconnue ».
Pour y arriver, « les experts internationaux ont soupesé de nombreux critères, souligne Mathieu Grousson. Quelle est la façon la plus cohérente de définir les unités au vu des connaissances en physique fondamentale ? Est-il possible de réaliser physiquement les définitions envisagées ? Comment, ensuite, utiliser ces réalisations pour disséminer les unités auprès des utilisateurs ? Par exemple, dans le cas de l’ampère, une partie de la discussion a porté sur le fait de savoir s’il fallait définir celui-ci à partir de la permittivité diélectrique du vide ou bien de la charge élémentaire ».
« La première possibilité était plutôt défendue par les opticiens et les physiciens des milieux dilués, la seconde par ceux de la matière condensée, signale Marc Himbert. In fine, c’est cette dernière qui l’a emporté dans la mesure où elle est plus conforme à la façon dont les électriciens mesurent effectivement un courant électrique ». Une belle illustration « du fait qu’en matière de métrologie, les questions pratiques ont un poids au moins équivalent à celui des considérations fondamentales », proclame Mathieu Grousson.
Interrogé par ce dernier sur la possibilité de bouleversements instantanés, Marc Himbert répond « Très clairement, non […] Et pour une raison simple : tout a été fait pour assurer une continuité maximale entre l’ancien et le nouveau système. En effet, les valeurs des constantes fondamentales participant à la définition du nouveau SI ont pu être fixées une bonne fois pour toutes après avoir été mesurées très précisément – donc avec une très faible incertitude – selon les anciennes définitions. L’incertitude de la mesure porte donc désormais sur les anciens étalons de référence ».
https://mesures.sciencesconf.org
https://www.lne.fr/fr/evenements/26e-reunion-cgpm
https://www.arts-et-metiers.net
https://lejournal.cnrs.fr
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