L'aube d'une nouvelle ère

Depuis mai 2019, la masse d'un kilogramme n'est plus fondée sur le prototype international du kilogramme (PIK) à Paris. Elle est désormais définie à partir de constantes physiques fondamentales. METTLER TOLEDO a joué un rôle décisif dans cette petite révolution.

Combien pèse un kilogramme précisément ? Le Système international d'unités (SI) vient de redéfinir les unités de base, qui s'appuient désormais sur des constantes physiques fondamentales. 

Jusqu'à présent, le PIK à Paris servait de référence pour la masse d'un kilogramme. Cependant, la masse du cylindre métallique avait changé au fil des décennies. La masse du PIK et celle des kilogrammes nationaux à travers le monde avaient dérivé de manière incontrôlable. Pour le monde de la métrologie, cette situation était inacceptable.

Pendant plusieurs décennies, des centaines de scientifiques du monde entier se sont employés à réviser le kilogramme. De nombreux collaborateurs de METTLER TOLEDO y ont participé dès le début. « Il s'agit de la plus grande révolution que la métrologie ait connue depuis plus de 200 ans », affirme Luis Cachon, directeur de la métrologie légale chez MT.

METTLER TOLEDO a apporté une contribution significative à deux solutions qui soutiennent la nouvelle définition. Par exemple, en développant le système M_one, un comparateur de masse permettant d'étalonner des masses à des niveaux de précision inégalés. Des instituts nationaux de métrologie, tels que le renommé Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) en Allemagne, utilisent le système M_one pour déterminer la masse de nouveaux objets de référence sphériques de silicium ultrapur. L'un des avantages du silicium monocristallin réside dans la répartition homogène de sa structure atomique sur l'ensemble du cristal. Après avoir mesuré le volume et la surface d'une sphère de silicium, les scientifiques peuvent déterminer le nombre d'atomes qu'elle contient. Le kilogramme peut ainsi être défini à partir du nombre de ses atomes et ne dépend plus d'une masse de référence locale. Les instituts de métrologie du monde entier dotés de cette technologie peuvent reproduire ce procédé. « Quiconque dispose de cet équipement est pour ainsi dire en mesure de produire son propre kilogramme », confirme Javier Levitt, de la Division Laboratoire.

Une autre façon de définir le kilogramme consiste à utiliser une balance de Watt. À l'Institut fédéral de métrologie METAS à Berne, des physiciens utilisent une balance de Watt pour comparer les puissances mécanique et électrique. La balance utilise un champ électromagnétique pour suspendre une masse. Pour cette expérience aussi, une cellule de mesure METTLER TOLEDO est utilisée, aux côtés du comparateur M_one, indispensable pour transférer le kilogramme.

Chaque institut de métrologie national peut choisir l'une des deux solutions. « Dans l'ensemble, cette traçabilité par rapport aux constantes fondamentales de la nature permet de garantir une meilleure stabilité de l'unité du kilogramme », explique Luis Cachon. « Les améliorations de la précision en termes de détermination de masse avancent au même rythme que les progrès technologiques. »

Pour les consommateurs, en revanche, rien ne va changer. Cette redéfinition n'a aucune répercussion sur la vie quotidienne en dehors des instituts de métrologie. Mais que va devenir le prototype international du kilogramme après le 20 mai ? Il va rester là où il se trouve actuellement : au Bureau international des Poids et Mesures (BIPM). La stabilité de sa masse sera encore mesurée de temps en temps.