Comment est défini 1 kg ?

Le Kilogramme Réinventé : De l'Artefact au Quantum

Pendant plus d'un siècle, le kilogramme a été une exception curieuse dans le Système International d'Unités (SI). Alors que le mètre, la seconde, et d'autres unités étaient définies à partir de constantes fondamentales de la nature, le kilogramme s'accrochait à un objet physique : un cylindre de platine iridié conservé sous cloche au Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) à Sèvres, en France. C'était "Le Grand K", le prototype international du kilogramme.

Mais cette dépendance à un artefact présentait un problème. Même avec les précautions les plus rigoureuses, la masse du Grand K et de ses copies officielles dérivait légèrement au fil du temps, mettant en péril la précision et l'uniformité des mesures à l'échelle mondiale. La communauté scientifique a donc cherché une solution plus stable et fondamentale.

Adieu au Grand K, Bonjour à Planck !

Depuis le 20 mai 2019, le kilogramme a subi une transformation radicale. Il n'est plus défini par un objet physique, mais par une constante fondamentale de l'univers : la constante de Planck (h). Cette constante, qui relie l'énergie d'un photon à sa fréquence, est désormais fixée à une valeur exacte : 6,626 070 15 × 10⁻³⁴ joules secondes (J s).

Comment la constante de Planck définit-elle le kilogramme?

La relation peut paraître indirecte, mais elle est précise et élégante. Le joule (J), l'unité d'énergie, peut être exprimé en termes d'unités de base du SI : kg⋅m²⋅s⁻². Puisque le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis à partir de la vitesse de la lumière et de la fréquence de transition hyperfine du césium (des constantes de la nature), en fixant la valeur de la constante de Planck, on fixe également le kilogramme.

En d'autres termes, la nouvelle définition du kilogramme s'appuie sur des lois fondamentales de la physique quantique. Elle lie la masse à l'énergie et à la fréquence, des concepts universellement valables.

Pourquoi ce changement est-il important?

La redéfinition du kilogramme par la constante de Planck apporte plusieurs avantages majeurs:

• Stabilité : La constante de Planck est, par définition, immuable. Cela garantit que l'unité de masse reste stable et précise à long terme.
• Universalité : La définition est accessible à tous les laboratoires de métrologie à travers le monde, qui peuvent désormais réaliser des mesures indépendantes et précises du kilogramme.
• Précision accrue : Les expériences, notamment celles impliquant la balance de Kibble (ou balance du watt), permettent de relier la constante de Planck à une masse macroscopique avec une précision inégalée.

L'avenir de la métrologie

La redéfinition du kilogramme, ainsi que des autres unités de base du SI (ampère, kelvin, et mole), marque une étape importante dans l'évolution de la métrologie. Elle représente une transition vers un système d'unités basé sur des constantes fondamentales de la nature, garantissant ainsi une précision, une stabilité et une accessibilité accrues pour la science, l'industrie, et la vie quotidienne. Le Grand K a peut-être pris sa retraite, mais le kilogramme, redéfini par le quantique, est prêt à affronter l'avenir.