Combien coûte un kilogramme ? 1, 000 grammes. 2,20462 livres. Ou 0,0685 limaces basées sur l'ancien système gravitationnel impérial. Mais d'où vient réellement ce montant et comment tout le monde peut-il être sûr d'utiliser la même mesure ?

Depuis 1889, les pays membres de la Conférence générale des poids et mesures ont convenu d'utiliser un bloc de métal standard - conservé près de Paris - pour définir le kilogramme. Mais bien que le bloc moderne soit stocké dans un environnement hautement contrôlé, son poids peut changer d'infimes quantités car l'usure lui fait perdre de la masse et la saleté le fait augmenter. Pour résoudre ce problème, les scientifiques du monde entier ont passé près de deux décennies à discuter de la façon dont le kilogramme pourrait plutôt être défini par rapport à des mesures constantes de la nature. Et maintenant, ils ont enfin pris une décision.

Le premier kilogramme (appelé à l'origine une tombe) a été défini en 1793 par une commission de l'Académie française des sciences, qui voulaient une meilleure norme que les quantités fixes de céréales qui avaient été traditionnellement utilisées. La commission a décidé que la nouvelle mesure serait la masse d'un décimètre cube d'eau distillée à 4℃ (la température à laquelle l'eau a sa densité la plus élevée dans des conditions standard). Cela avait l'avantage que la plupart des laboratoires correctement équipés seraient en mesure de reproduire cette norme. Ensuite, un prototype de cette masse a été coulé en laiton.

Malheureusement, cette définition de la masse dépendait d'une autre mesure variable, le mètre. À ce point, le mètre n'a été défini que provisoirement comme faisant partie de la distance du pôle Nord à l'équateur. Une fois la valeur du compteur et la température de l'eau à son plus dense définis plus précisément, le kilogramme a également dû être remplacé. Et un nouveau prototype a été coulé en platine pour représenter cette masse.

Finalement, cela a été remplacé par le kilogramme prototype international (IKP) utilisé aujourd'hui, coulé à partir d'un mélange de platine et d'iridium pour le rendre très dur et l'empêcher de réagir avec l'oxygène. L'IPK et six exemplaires sont conservés par le Bureau International des Poids et Mesures au Pavillon de Breteuil, Saint-Cloud, près de Paris en France pour servir de référence pour se mesurer. Des copies de l'IPK sont transportées à travers le monde pour garantir que tous les pays participants utilisent la même norme.

Mais même l'IPK moderne peut progressivement changer de masse. Radicalement, la réponse du Bureau international des poids et mesures est de réviser les définitions du kilogramme, ainsi que toutes les autres unités de mesure de base utilisées en science (appelées unités SI, du français pour système international).

Au lieu de mesurer le kilogramme contre un bloc stocké dans un coffre-fort, nous pouvons le définir à partir de valeurs précises de constantes de la nature. Se mettre d'accord sur une définition a pris beaucoup de temps car nous devions pouvoir mesurer ces constantes selon des normes rigoureuses avec une incertitude de 30 parties par milliard (ce qui signifie que les mesures sont précises à 0,00000003 d'unité).

Les scientifiques l'ont déjà fait depuis longtemps. Une seconde n'est plus une fraction du temps qu'il faut à la Terre pour tourner, qui peut changer à mesure que le globe accélère ou ralentit. Au lieu, une seconde est maintenant définie par le temps qu'il faut pour qu'une certaine quantité d'énergie soit libérée sous forme de rayonnement à partir d'atomes de césium-133. Spécifiquement, une seconde équivaut à 9, 192, 631, 770 transitions dans les niveaux hyperfins de l'état fondamental du césium-133. C'est le même peu importe quand et où il est mesuré.

Les scientifiques ont alors pu redéfinir le mètre par rapport à la seconde et à une autre constante naturelle, la vitesse de la lumière dans le vide (c), que les scientifiques ont calculé comme 299, 792, 458 mètres par seconde. Ainsi, un mètre est maintenant la longueur parcourue par la lumière en 1/c seconde.

La nouvelle définition du kilogramme utilise une mesure d'une autre valeur fixe de la nature, constante de Planck (h), qui sera défini comme 6.62607015×10 ⁻³⁴ joules secondes. La constante de Planck peut être trouvée en divisant la fréquence électromagnétique d'une particule de lumière ou "photon" par la quantité d'énergie qu'elle transporte.

La constante est généralement mesurée en joules secondes, mais elle peut également être exprimée en kilogrammes mètres carrés par seconde. Nous savons ce qu'est une seconde et un mètre d'après les autres définitions. Donc en additionnant ces mesures, avec une connaissance exacte de la constante de Planck, nous pouvons obtenir un nouveau, définition très précise du kilogramme.

Autres unités

Une partie de la raison pour laquelle la création de la nouvelle définition a pris si longtemps est que les scientifiques ont dû créer des appareils très précis pour mesurer la constante de Planck avec un degré de précision suffisamment élevé. La méthode a également été controversée car elle brisera le lien que le kilogramme a avec les autres unités SI de base, en particulier la taupe, qui mesure la quantité d'une substance en termes de nombre de particules dont elle est constituée. Certains scientifiques ont proposé des méthodes alternatives en conséquence.

Mais à la suite d'un vote symbolique, la nouvelle définition du kilogramme sera utilisée par le Bureau international des poids et mesures et les instituts nationaux de mesure du monde entier, ainsi que de nouvelles définitions des unités SI de base restantes, la taupe, le kelvin (température), l'ampère (courant) et la candela (intensité lumineuse).

Pour la plupart des gens, la vie quotidienne continuera comme d'habitude malgré les redéfinitions. Un sac de sucre standard contiendra autant de sucre que jamais. Mais certains de ces changements, par exemple au kelvin, se traduira par des avantages pratiques pour les scientifiques effectuant des mesures très précises. Et pour répondre à la question "combien vaut un kilogramme", nous n'aurons plus à comparer les blocs de platine ou à nous soucier de les rayer.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.