Ouvrir la voie à la transformation du système de mesure mondial, un groupe de travail international a déterminé des valeurs actualisées pour quatre constantes fondamentales de la nature. Les valeurs mises à jour constituent la dernière pièce scientifique du puzzle pour redéfinir le système métrique moderne, connu sous le nom de Système international d'unités (SI). S'il est approuvé par un organisme international l'année prochaine, le SI révisé permettra d'effectuer des mesures faisant autorité n'importe où sur la planète.

Les ajustements aux constantes sont petits et n'affecteront pas la vie quotidienne. Mais un SI révisé entièrement basé sur des valeurs précises de ces constantes sous-tend la science et le commerce et garantit des mesures uniformément précises qui évoluent en douceur de presque infinitésimal à énorme.

Basé sur des mesures de pointe de scientifiques du monde entier, les valeurs mises à jour des constantes ont été préparées par le groupe de travail du Comité sur les données pour la science et la technologie (CODATA) sur les constantes fondamentales (TGFC). Un article contenant les nouvelles valeurs a été accepté pour publication dans la revue Métrologie .

Le 20 octobre, le Comité international des poids et mesures (CIPM) a soumis une résolution recommandant la redéfinition de l'IS à la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), l'organisme officiel qui apporte des modifications au SI. En novembre 2018, la CGPM votera formellement l'adoption du système révisé. La CGPM comprend des membres de dizaines de nations, y compris les États-Unis et d'autres signataires de la Convention du mètre, le traité de 1875 qui standardise les unités de mesure au niveau international.

Dans le monde des mesures, un SI basé sur des constantes fondamentales entraînera un changement. Jusqu'à maintenant, les valeurs des constantes mises à jour par CODATA TGFC tous les quatre ans, plus récemment en 2014, et a produit cette année cette mise à jour spéciale pour les quatre constantes en prévision de la mise à jour du SI.

"Les valeurs de ces quatre constantes ne changeront plus, " a déclaré Peter Mohr, scientifique au National Institute of Standards and Technology (NIST) et membre du CODATA TGFC. Les valeurs seront fixes et indiquées comme des valeurs exactes, il a dit, tout comme la vitesse de la lumière est actuellement définie comme une valeur exacte. Cela permettra aux scientifiques de se concentrer sur des mesures qui comparent d'autres quantités importantes aux constantes.

Avec les constantes précédemment acceptées, les valeurs mises à jour redéfiniraient les sept unités de base du SI, qui comprennent le kilogramme (l'unité de masse), le kelvin (l'unité de température), et l'ampère (l'unité de courant électrique).

Depuis 1889, le kilogramme a été défini par un cylindre de platine-iridium stocké en France, connu sous le nom de prototype international du kilogramme, ou, "Le Grand K." Des scientifiques du monde entier ont dû se rendre en France et comparer les copies du kilogramme de leur pays à l'original afin d'établir des mesures de masse précises dans leurs pays.

Pendant ce temps, La température a été définie en termes de "point triple" dans une cellule d'eau en verre scellée. Le point triple est la température à laquelle l'eau, la glace et la vapeur d'eau existent en équilibre. Cependant, l'eau dans ces cellules peut contenir des impuretés chimiques qui peuvent déplacer la température du point triple vers des valeurs inexactes. Et les mesures de températures supérieures ou inférieures au point triple de l'eau sont intrinsèquement moins précises.

Les constantes mises à jour incluent la constante de Boltzmann (qui relie la température à l'énergie), et la constante de Planck (qui peut relier la masse à l'énergie électromagnétique), la charge de l'électron et la constante d'Avogadro (la quantité qui définit une mole d'une substance).

"Il n'y a pas de changements spectaculaires. La constante de Boltzmann est très cohérente avec les valeurs antérieures, " a déclaré Mohr. " Les experts en température ont demandé huit chiffres pour la constante et le dernier chiffre s'est avéré être 0, " a-t-il raconté - une situation amusante pour les métrologues puisqu'ils peuvent obtenir la précision de huit chiffres significatifs en n'ayant qu'à en utiliser sept.

"Il existe une variété de façons de déterminer la température mais la nouvelle définition sera très utile pour mesurer des températures très chaudes et très froides loin du point triple de l'eau, " a déclaré David Newell du NIST, président du groupe de travail CODATA.

La constante de Planck s'est déplacée vers le bas de 15 parties par milliard par rapport à sa valeur antérieure, grâce aux nouvelles données collectées depuis 2014. La constante de Planck a été déterminée par deux techniques expérimentales, connue sous le nom de balance Kibble et la méthode Avogadro. Toutes les mesures qui ont été utilisées pour déterminer la nouvelle valeur de Planck étaient conformes aux directives internationales précédemment convenues pour les niveaux de précision et de cohérence les unes avec les autres.

La constante de Planck permet de définir le kilogramme, et l'utilisation d'une constante fondamentale pour définir la masse résoudra de nombreux problèmes, dit Newell. La masse doit être mesurée sur une très grande échelle, d'un atome à un produit pharmaceutique à un gratte-ciel. « Au bas de l'échelle, vous utilisez actuellement un type de physique pour déterminer la masse ; au haut de gamme, vous utilisez un autre type de physique, " il a dit.

Mais la constante de Planck fournira un moyen cohérent pour définir la masse à toutes ces échelles, quelle que soit la méthode de laboratoire utilisée pour mesurer la masse.

"Peu importe la méthode que vous utilisez. Une constante est une constante, " dit Mohr.

Le rêve est d'utiliser la constante de Planck pour la masse de la même manière que la lumière est utilisée pour mesurer la distance. Dans le SI, la vitesse de la lumière est déjà utilisée pour définir le mètre, l'unité de longueur. "Vous utilisez la lumière pour mesurer la distance à la Lune ou la distance entre les atomes de silicium, ", a-t-il déclaré. Le passage à un SI révisé est destiné à être transparent pour à peu près tout le monde dans le monde.

"Le tout est conçu pour n'avoir aucun impact sur la personne moyenne, " dit Mohr.

Mais un SI basé sur les nouvelles constantes devrait changer le monde de la métrologie.

Le Grand K en France ne définira plus exactement un kilogramme. Au lieu, il aura probablement une masse légèrement inférieure ou légèrement supérieure à un kilogramme, à moins de 10 parties par milliard d'incertitude.

Le volt changera aussi, puisque la constante de Planck aidera également à la définir dans le SI révisé. Un volt basé uniquement sur les constantes fondamentales sera très légèrement plus petit, environ 100 parties par milliard, que la réalisation scientifique actuelle du volt, créé en 1990. Ainsi, les laboratoires de métrologie de haut niveau devront recalibrer leurs mesures de tension de haute précision.

« Les personnes qui effectuent des mesures aussi précises remarqueront le changement, " dit Mohr.

C'est pourquoi le déploiement officiel du SI révisé est prévu pour le 20 mai, 2019, à l'occasion de la Journée mondiale de la métrologie, pour donner aux métrologues haut de gamme le temps de s'adapter aux nouvelles valeurs.

"C'est un changement de paradigme philosophique plus large, " dit Mohr.

"Quand la vitesse de la lumière est devenue un nombre fixe, les chercheurs ont arrêté de mesurer la vitesse de la lumière. Ils se sont concentrés sur la réalisation du compteur. C'est la même chose avec la constante de Planck. Vous n'allez plus mesurer la constante de Planck. Vous allez réaliser plus précisément les normes de masse et électriques."