L’étalon de mesure du kilo, c’est un cylindre de platine et d’iridium qui date de 1889 qu'on appelle le Grand K.

La science du kilogramme

CHRONIQUE / Je ne verrai plus jamais la balance de ma salle de bain de la même manière.

Tu montes dessus, tu t’étonnes : comment ça, 85 kilos ? Ça se peut pas ! Tu en redescends sans réaliser que ton poids est défini par rapport à un petit objet qui pèse exactement un kilo et qui est conservé précieusement dans un endroit secret, en France.

L’étalon de mesure du kilo, c’est un cylindre de platine et d’iridium qui date de 1889. De la taille d’une balle de golf, il est entreposé à Sèvres, sous une triple cloche de verre censé le préserver des altérations du temps.

On l’appelle le Grand K et c’est par rapport à ce prototype qu’on mesure la masse de toute chose dans l’univers — que ce soit notre poids, un atome ou le soleil.

Or pour des raisons qu’on s’explique mal, le poids de cet étalon de mesure varie par rapport aux copies qu’on en a faites. Pas beaucoup : environ un microgramme par année. Presque rien. Mais c’est embêtant pour les marchands d’or, les pharmaceutiques ou les météorologues qui ont besoin de mesures ultraprécises pour travailler.

Bref, le kilogramme repassera bientôt à la pesée.

Les experts du comité international des poids et mesures (CIPM) se sont déclarés favorables à une redéfinition du kilogramme qui entrera en vigueur en mai 2019.

Comme d’autres mesures internationales, le kilo sera redéfini à partir d’un calcul mathématique. Ce sera plus pratique. Les pays pourront fabriquer leurs propres étalons, sans avoir à se battre pour mettre la main sur une des rares copies officielles.

Dans le cas du kilo, le calcul fera appel à la physique quantique. Plus précisément à une de ses données fondamentales : la constante de Planck, définie par un petit h.

Autrement dit, le petit h servira à définir le grand K. Vous me suivez ?

C’est là que nous, les Canadiens, entrons en jeu.

Parce que le calcul de la constante de Planck est une affaire compliquée. Les scientifiques du monde entier s’acharnent depuis 30 ans à la calculer. Il faut des équipements sophistiqués pour y parvenir.

Or dans un laboratoire souterrain du Conseil national de recherche du Canada (CNRC) à Ottawa, des chercheurs ont réussi à calculer le h avec le plus faible degré d’incertitude jamais obtenu.

Ils ont battu tout le monde dans cette course mondiale vers la précision. Les Américains, les Français, les Allemands…

Le chiffre du CNRC atteint un degré de précision de 9,1 parties par milliard — ce qui équivaut à déterminer le nombre de cheveux sur la tête de 1100 personnes, à un cheveu près.

Tout ça grâce à une balance de Kibble, un appareil d’un demi-million de dollars, acquis à prix d’aubaine auprès des Britanniques. Une balance si sensible qu’elle réagit aux vibrations d’un tremblement de terre à l’autre bout du monde.

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D’ailleurs, quand un séisme a secoué la Virginie, l’an dernier, les chercheurs du CNRC étaient en train de prendre des mesures pour déterminer la constante de Planck. « On peut dire que ce jour-là, les Américains ont gâché notre travail », rigole Carlos Sanchez, chef d’équipe au CNRC.

La balance est installée dans une cavité protégée par des murs d’un mètre d’épaisseur qui servait jadis à des expériences de physique atomique. On dirait une balance classique, avec deux plateaux. Mais toutes sortes d’instruments de mesure électromagnétiques et optiques y sont reliés.

Chaque séance de pesée se fait sous vide et exige des semaines de préparation minutieuse. Les calculs doivent tenir compte de subtilités infimes, comme les changements gravitationnels causés par la lune ou la quantité d’eau dans le sol après la fonte des neiges.

Pourquoi consacrer autant d’argent et d’efforts à ajouter une ou deux décimales de précision à une constante mathématique ?

Les travaux du CNRC permettront de mieux définir d’autres unités de mesure comme l’ampère, le Kelvin ou la mole. « Il ne s’agit pas que du kilogramme, mais de tous les systèmes de mesures », répond Barry Wood, chercheur associé.

« On parle du kilo, mais c’est la science en général qui avance quand on peut mesurer des choses avec un tel degré de précision. Ça ouvre la voie à de nouvelles découvertes », ajoute Ralph Paroli, directeur général, sciences des mesures et étalons au CNRC.

Par contre, désolé de vous décevoir, ça ne changera rien à votre poids...