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Un an après la révision du SI, quel bilan ?

Le Système International d’unités (SI), inspiré du système métrique, est le système d’unités le plus largement employé au monde. C’est un système d’unités cohérent qui est utilisé dans tous les aspects de la vie, que ce soit le commerce international, la production industrielle, la santé et la sécurité, la protection de l’environnement ou les sciences fondamentales. En mai 2019, il a fait l’objet d’une révision en profondeur. Le point avec David Vasty, Technical Manager Europe chez Trescal, et membre du Conseil d’Administration du Collège Français de Métrologie.

 

Le SI était, avant sa révision, défini à partir de sept unités de base (le mètre, le kilogramme, la seconde, l’ampère, le kelvin, la mole et la candela) et d’unités dérivées, formées à partir de produits de puissance des unités de base. Sur les sept unités du SI, quatre ont fait l’objet d’une redéfinition en 2018, à la 26ème Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) : le kilogramme, l’ampère, le kelvin et la mole. Cette redéfinition s’appuie sur des constantes de la nature et est établie à partir des valeurs numériques fixées de la constante de Planck (h), de la charge élémentaire (e), de la constante de Boltzmann (k) et de la constante d’Avogadro (NA), respectivement.

Pour des unités plus stables

Les définitions révisées sont fondées sur sept constantes de la physique (telles que la vitesse de la lumière dans le vide, la constante de Planck, la constante d’Avogadro) et sont, par conséquent, intrinsèquement stables. « Ces constantes ont été choisies de façon à ne pas avoir besoin de modifier les définitions révisées lorsque les technologies utilisées pour réaliser ces unités auront évolué et permettront d’obtenir de meilleurs résultats, à l’instar du kilogramme, par exemple. »

Sa définition était donnée par un cylindre de platine et d’iridium. De 1889 à 2018, le prototype international du kilogramme, déposé au Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), appelé le Grand K, a servi d’étalon. Pour mesurer des masses beaucoup plus petites ou plus grandes qu’un kilogramme, comme des milligrammes, il était également nécessaire de se référer au kilogramme et d’ôter ou d’ajouter de la masse. Or, ces opérations créaient des incertitudes de mesure. Afin d’étalonner des étalons secondaires (fabriqués à la même époque que le Grand K), le prototype international du kilogramme est sorti quatre fois de sa réserve depuis 1889. Il a été constaté qu’à chacune de ces campagnes d’étalonnage, la masse du Grand K avait varié. Cela a donc mis en évidence que, malgré toutes les précautions prises, la stabilité à long terme de ce prototype international n’était pas garantie.

Le kilogramme est désormais défini à partir de la constante de Planck, ce qui assure la stabilité à long terme de l’échelle de masse du SI. Le kilogramme peut être réalisé à partir de n’importe quelle méthode appropriée (telle que la balance de Kibble, balance du watt, ou la méthode Avogadro, mesures de masse volumique de cristaux par rayons X). Grâce à cette nouvelle définition, des avancées scientifiques sont possibles dans des secteurs comme le médical (par exemple, pour l’injection de microquantités de fluide de contraste IRM).

Une révision en finesse, sans conséquence majeure pour les utilisateurs du SI

Dans le cadre du kilogramme, les utilisateurs peuvent établir la traçabilité de leurs mesures au SI à partir des mêmes sources qu’auparavant (BIPM, laboratoires nationaux de métrologie et laboratoires accrédités). « La valeur de la constante de Planck a été choisie de façon à garantir que le kilogramme du SI ne soit pas modifié au moment de la redéfinition. De façon générale, sa redéfinition n’aura pas de répercussions sur les incertitudes associées aux étalonnages offerts par les laboratoires nationaux de métrologie à leurs clients. »

En ce qui concerne l’ampère, pour la vaste majorité de ceux qui pratiquent des mesures, aucune action n’est requise car le changement n’est que d’environ 0,1 partie par million pour le volt et est encore moindre pour l’ohm. « Les utilisateurs travaillant au plus haut niveau d’exactitude ont ajusté les valeurs de leurs étalons et réexaminé leurs bilans d’incertitude. »
Le kelvin a, quant à lui, été redéfini sans que cela n’ait d’effet immédiat sur les mesures de température ou sur leur traçabilité et la plupart des utilisateurs ne s’en rendront pas compte
La mole, elle, a été redéfinie par rapport à un nombre spécifié d’entités (atomes ou molécules) et ne dépend plus de l’unité de masse, le kilogramme. « La traçabilité à la mole du SI peut toujours être établie à l’aide des approches précédemment utilisées qui comprennent, entre autres, les mesures de masse réalisées avec les tables de poids atomiques et la constante de masse molaire Mu. »
Les poids atomiques ne sont pas affectés par ce changement de définition et Mu est toujours de 1 g/mole, avec, cependant, une incertitude de mesure. Celle-ci est toutefois si faible qu’il n’est pas nécessaire de modifier les pratiques actuelles. Prochaine étape : la révision des autres unités !