Comment a été défini le kilogramme ?

La fascinante évolution de la définition du kilogramme

Pendant des siècles, les humains ont utilisé diverses méthodes pour mesurer le poids et la masse, comme l’équilibre et l’étalonnage. Cependant, ce n’est qu’au cours des derniers siècles qu’une définition standardisée du kilogramme a émergé.

Du litre d’eau au prototype international

En 1799, la République française a défini le kilogramme comme la masse d’un litre d’eau pure à 4 degrés Celsius. Cette définition était pratique, mais elle présentait des inconvénients, comme la difficulté de garantir la pureté et la température de l’eau.

Pour résoudre ce problème, en 1889, la première Conférence générale des poids et mesures (CGPM) a introduit le “prototype international du kilogramme”. Il s’agissait d’un cylindre de 39 millimètres de hauteur et de diamètre, fabriqué à partir d’un alliage de platine et d’iridium. Ce prototype a été conservé au Bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres, en France.

Limitations du prototype international

Le prototype international a servi de référence fiable pour la définition du kilogramme pendant plus d’un siècle. Cependant, il présentait également certaines limitations. Au fil du temps, sa masse a légèrement changé en raison de facteurs environnementaux, comme la corrosion et l’adsorption de gaz. De plus, il était difficile de créer des copies exactes du prototype, ce qui entraînait des variations dans les étalons de kilogramme utilisés dans le monde entier.

Une nouvelle ère : définition basée sur les constantes fondamentales

Pour surmonter ces limitations, la CGPM a adopté en 2019 une nouvelle définition du kilogramme basée sur des constantes fondamentales. Cette définition utilise la constante de Planck, qui relie l’énergie et la fréquence, pour établir une relation entre la masse et des propriétés quantiques mesurables.

La nouvelle définition est basée sur la balance de Kibble, un appareil qui compare la force gravitationnelle exercée sur un étalon de masse à une force électromagnétique produite par un courant électrique mesurable avec une grande précision. En utilisant la constante de Planck, la balance de Kibble permet de déterminer la masse de l’étalon avec une incertitude extrêmement faible.

Avantages de la nouvelle définition

La nouvelle définition du kilogramme offre plusieurs avantages :

• Stabilité: Elle est basée sur des constantes fondamentales qui ne changent pas au fil du temps.
• Universalité: Elle peut être utilisée partout dans le monde, éliminant les variations entre les étalons de kilogramme.
• Précision accrue: La balance de Kibble permet de mesurer la masse avec une incertitude bien inférieure à celle du prototype international.
• Traçabilité: Elle établit un lien clair entre les étalons de masse et les constantes fondamentales, garantissant leur traçabilité à un niveau international.

La nouvelle définition du kilogramme marque une étape importante dans la métrologie, garantissant la précision et la cohérence des mesures de masse pendant des siècles à venir.