Mise à jour le 15 Décembre 2016
CONFÉRENCE DE TERRY QUINN
Directeur honoraire du Bureau international des poids et mesures
«L’ÉVOLUTION DES SYSTÈMES D’UNITÉS : UNE RÉVOLUTION»
Organisée par le Bureau des Longitudes
Exceptionnellement à l’École Normale Sup rue d’Ulm Paris
Le Mercredi 9 Novembre 2016 à 14H30
Photos : Jean Claude Bercu.
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
BREF COMPTE RENDU
Merci à Jean Claude Bercu de la SAF pour ses photos de cette réunion à laquelle je n’ai pas pu assister.
Par bonheur la conférence a été filmée et on peut la retrouver ICI.
En voici un très court résumé.
Terry Quinn est britannique, francophone, et métrologue de profession.
Il est Directeur du Bureau International des Poids et Mesures (le fameux pavillon de Breteuil de notre enfance scolaire !!) il est aussi membre de la Royal Society.
Il a consacré toute sa vie à la métrologie, la science de la Mesure.
Dans le nouvel SI, quatre des sept unités de base du SI – à savoir le kilogramme, l'ampère, le kelvin et la mole – seront redéfinies en s'appuyant sur des constantes de la nature ; les nouvelles définitions seront établies 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. De plus, les définitions des sept unités de base du SI seront toutes exprimées de façon
uniforme à l'aide d'une formulation dite « à constante explicite » et des mises en pratique spécifiques seront élaborées afin d'expliquer comment réaliser pratiquement la définition de chacune des unités de base.
Ce sera l’objet de la prochaine réunion internationale : La nouvelle définition du SI – 26th CGPM en Novembre 2018
On voit ici le texte définissant les trois unités pouvant servir de base à un système de mesure.
Cela date de 1791.
Il est décidé d’effectuer le relevé d’une partie d’un arc de méridien sur le territoire, de Dunkerque à la frontière espagnole.
Texte signé par Laplace, Monge et Condorcet.
Tout cedi aboutira à l’extraordinaire aventure de Delambre et Méchain, qui mènera à la définition du mètre et dus système métrique.
La finalité en sera le mètre étalon (à droite de la photo) et le kilogramme étalon.
Ces deux éléments déposés au fameux pavillon de Breteuil à Sèvres.
On rappelle que la définition originale du mètre était la dix millionième partie du quart du méridien terrestre.
Pourquoi le quart, car on pensait à l'époque que 90° était un angle "magique". (Ce n'est donc pas un hasard si la circonférence terrestre est de 40.000.000m).
Ceci étant il fallait mesurer ce quart de méridien et définir d’où partir. En principe il suffit de mesurer une toute petite partie de ce méridien et si possible en son milieu (vers le 45°).
En regardant les cartes de l'époque, seule la France présentait un arc de méridien relativement grand et avec terrain relativement plat facilitant les mesures (triangulations) et climat tempéré.
Il fut donc décidé en 1791, par décret, de mesurer sur le terrain un arc de méridien autour du méridien de Paris de Dunkerque à Barcelone (soit à peu près 8°).
Les astronomes Delambre et Méchain y consacrèrent une partie de leur vie (1792-1798), ils devaient partir chacun d'une extrémité et se rejoindre vers Rodez et cela en pleine guerre civile et d’Espagne!
Mission accomplie, ils reviennent avec la mesure de ce qui va s’appeler le mètre : 443.296 lignes de la toise du Pérou !
Des mètres étalons sont installés dans toutes les villes de France.
Le kilo était défini comme la masse d’un décimètre cube d’eau à 4°C.
Création de la commission internationale du mètre en 1869 par la France, pour la propagation du système métrique.
Ici, on voit le coulage d’un mètre étalon en présence du Président de la république de l’époque.
Le mètre étalon et le kilo étalon sont abrités au pavillon de Breteuil.
Intérieur du coffre fort dans lequel étaient enfermés ces étalons de 1889 à 1998.
Mais progressivement, on se rend compte que la Terre, n’est pas une référence fiable à une grande échelle de, il faut trouver autre chose.
On s’oriente vers la lumière comme référence.
C’est Michelson qui propose d’abord, en 1892, de référencer le mètre par rapport à la ligne rouge d’émission de la raie du Cadmium, ce serait 1.553.16,8 fois cette longueur d’onde.
Puis dans les années 1960, on pense à la raie du Krypton.
Le mètre devient égal à 1.650.763,73 fois la longueur d’onde dans le vide de cette raie du Kr86.
La seconde est aussi redéfinie comme étant 1/31.556.925,9747 de l’année tropique pour 1900.
L’unité de masse n’est toujours pas redéfinie.
En 1983, le mètre est redéfini en fonction de la constante universelle qu’est la vitesse de la lumière, il devient : le trajet parcouru dans le vide pendant une durée de 1/299.792.458 seconde.
On définit le nouveau système international d’unités, SI ; mais le kilo est toujours en ??
Le kilogramme est la seule des unités fondamentales à dépendre d’une grandeur physique.
Et de plus….il perd du poids, on pense qu’il a perdu au cours du temps de l’ordre de 50 microgramme.
Seul le kilogramme restait donc lié à une grandeur étalon déposé dans un laboratoire. Même situé dans une salle à température contrôlée et s’il est protégé jour et nuit et que personne ne peut le sortir de ses cloches de protection (une fois tous les 50 ans en moyenne), ce n’est pas satisfaisant.
Et bien, beaucoup de métrologistes (ceux qui étudient les unités de mesure) pensent qu'il est temps de changer cela et d'y apporter un peu plus de précision et de le faire dépendre comme pour le mètre d'un phénomène naturel, d’une constante physique ou de la masse d'un certain nombre d'atomes.
Depuis une dizaine d’années, on souhaite trouver une meilleure définition pour le kilo.
Il y a actuellement deux voies possibles :
· Lier le kilo à la constante de Planck de la mécanique quantique (MQ). On chercherait à équilibrer sur une balance, la masse de 1Kg dans
le champ de gravité terrestre par une force issue d'un champ magnétique délivré par un enroulement en cuivre lui même soumis à un enroulement d'un supra conducteur. La quantité de courant et de tension nécessaire définirait le nouveau kilogramme. Des calculs mathématiques montreraient que cette méthode revient à donner une valeur précise à cette fameuse constante de Planck ce qui n'est pas le cas actuellement.
· Lier le kilo au nombre d’Avogadro (nombre d’atome dans une mole de matière : 6,023 1023 !) ce qui reviendrait à compter un certain
nombre d’atomes (de Silicium, car très pur et réseau cristallin très simple) pour atteindre un kilo. Cela correspond en gros à une sphère de 94mm de diamètre. C’est le projet Avogadro. Avantage : la masse des atomes est invariable dans le temps, elle ne s’érode pas comme le kilo étalon.
La prochaine conférence des Poids et Mesures se tiendra en 2018 à Paris et une décision devrait être prise.
Voir article complet à ce sujet.
Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
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