Maintenant, le kelvin est littéralement basé sur rien de plus que l'eau - sur le point triple de l'eau, être plus précis. L'unité de base de température est donc dépendante d'un matériau dont les propriétés peuvent varier. Mais cela est sur le point de changer :à l'automne 2018, le kelvin, ainsi que toutes les autres unités du Système international d'unités (SI), sera redéfinie pour reposer sur une base solide et invariable constituée de constantes fondamentales. Le kelvin sera basé sur la constante de Boltzmann, que les scientifiques de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ont maintenant déterminé au moyen d'un thermomètre à gaz à constante diélectrique avec une telle précision que tous les obstacles à la redéfinition de l'unité de température, le kelvin, ont été supprimés. Les résultats ont été publiés dans l'édition actuelle de la revue spécialisée Métrologie .

Actuellement, la définition de l'unité de base SI kelvin repose toujours sur une propriété matérielle de l'eau :le point triple. A une température bien définie, l'eau peut être simultanément un solide, un liquide et un gaz. Cependant, car il n'y a pas deux eaux pareilles, le point triple de l'eau dépend de la composition isotopique de l'eau utilisée. Bien que les physiciens du monde entier se soient mis d'accord sur une « eau standard », cette situation est loin d'être idéale. Le kelvin a donc le même problème que le kilogramme ou la taupe :ils sont tous basés sur les propriétés des matériaux - soit sur des soi-disant « prototypes » (comme le prototype international du kilogramme, qui est un cylindre en alliage platine/iridium) ou sur eau (comme dans le cas du kelvin). Tous ces matériaux sont variables à bien des égards. En un an et demi au plus (à l'automne 2018, vraisemblablement), l'ensemble du Système international d'unités (SI) sera redéfini par une grande conférence internationale. À partir de maintenant, toutes les unités seront basées sur un ensemble de constantes fondamentales, propriétés invariables de l'univers physique. Ces constantes seront alors la « mesure de toutes choses » en matière métrologique.

La constante fondamentale appropriée pour les mesures de température est la constante de Boltzmann k. Il indique comment l'énergie thermique d'un gaz (c'est-à-dire, le mouvement des particules de gaz) dépend de la température. Dans un vase clos, l'énergie cinétique peut être mesurée en déterminant la pression du gaz. Cela peut être fait (avec la précision requise) au moyen d'un thermomètre à gaz acoustique. Les mesures correspondantes effectuées dans les instituts de métrologie d'Angleterre, Italie, La France, La Chine et les États-Unis ont atteint une incertitude de mesure inférieure à 1 ppm (un millionième), remplissant ainsi la première condition posée par le Comité Consultatif de Thermométrie (CCT) pour la redéfinition du kelvin. Une autre condition, cependant, stipule qu'une seconde, méthode indépendante atteignent des incertitudes de mesure tout aussi faibles. Dans ce but, PTB a lancé son projet de thermomètre à gaz à constante diélectrique en 2007, qui a maintenant atteint 1,9 ppm et répond ainsi à la précision requise.

Ce thermomètre spécial exploite le fait que l'hélium, comme gaz rare et diélectrique, modifie la capacité d'un condensateur. Il est donc possible de mesurer la densité de l'hélium à une pression donnée au moyen d'une mesure électrique - et via la densité, aussi pour mesurer la température. De plus, les mesures de capacité électrique peuvent être effectuées avec une grande précision. Dans ce cas, l'incertitude de mesure n'est que de quelques parties par milliard. Cependant, pour atteindre une telle précision, tout devait être parfaitement réglé :les scientifiques devaient déterminer les propriétés matérielles des condensateurs à des pressions élevées (jusqu'à 7 MPa) - frisant l'impossible - et s'assurer que la pureté du gaz utilisé était meilleure que 99,99999 %. Par ailleurs, Le meilleur standard de PTB pour les mesures de pression, qui est basé sur des balances de pression, devait être amélioré. Ces évolutions, qui sont uniques au monde, n'a pu réussir que grâce à divers projets de coopération au sein du PTB (notamment avec les deux groupes de travail « Pression » et « Standards géométriques ») et grâce à une coopération internationale à grande échelle.

Maintenant que la constante de Boltzmann a été déterminée avec une précision suffisante au moyen d'au moins deux méthodes indépendantes, CODATA calculera la valeur finale de k en septembre 2017. Le « CODATA Task Group on Fundamental Constants » est un groupe international d'experts dont la tâche est d'évaluer les valeurs des constantes fondamentales mesurées dans les instituts de métrologie du monde entier et de les intégrer ligne les uns avec les autres. Cela ouvrira la voie à la redéfinition du kelvin à partir d'une constante fondamentale. Et à l'automne 2018, on peut s'attendre à ce que la devise soit :« Dégagez la scène pour un tout nouveau SI !