Le kilo redéfini par la physique quantique, mais combien pèse-t-il désormais ?

Allons-nous devoir nous munir d’un manuel de physique, en plus d’une balance, pour doser les ingrédients d’une recette de cuisine ou pour calculer notre poids ? Surnommé le "grand K", le prototype international du kilogramme (IPK), qui servait d'étalon à toutes les mesures de masse, a été remplacé ce lundi 20 mai par une constante mathématique immatérielle. La masse de ce cylindre en platine iridié, qui mesure 3,9 centimètres de long et 3,9 centimètres de diamètre, définissait le kilogramme depuis près de 130 ans. L'objet est conservé précieusement au Bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres, près de Paris. 

L’IPK incarnait la référence internationale pour toutes les mesures de masse dans le monde, que ce soit pour doser des médicaments, couper des tranches de jambon, peser un bébé ou de lourds équipements industriels. Les pays possèdent eux-mêmes des étalons, qu'ils comparent périodiquement à des copies historiques du "grand K", qui sont elles-mêmes comparées à l'étalon suprême. "Le kilogramme est la dernière unité de mesure basée sur un artefact physique", relève auprès de l'AFP Thomas Grenon, directeur général du LNE (Laboratoire national de métrologie et d'essais) français. Le problème c'est qu'il vit sa vie, qu'il peut fluctuer, ce qui n'est pas du tout satisfaisant, vu les niveaux de précision dont nous avons besoin aujourd'hui."

Le prototype du kilogramme a été conçu dans les années 1880 à partir d'un alliage à 90% de platine et à 10% d'iridium (crédit : BIPM / AFP)

La 26e réunion de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), qui s'est tenue en novembre dernier à Versailles, avait donc avalisé une nouvelle définition du kilogramme, formulée à partir de la constante de Planck (h) de la physique quantique. Comme prévu, le "grand K" a donc officiellement cédé son trône cette semaine à "petit h". Cette constante, découverte en 1900 par le physicien Max Planck, est le produit d'une énergie par un temps. Et l'énergie est reliée à la masse par la célèbre équation E = mc2. Après plusieurs années de travaux scientifiques poussés, la valeur de h a été fixée à 6,62607015 X 10 puissance moins 34 Joule.seconde. Vous n'y comprenez rien ? Rassurez-vous, là n’est pas l’essentiel.

Alors, pourquoi une telle révolution ? Les scientifiques se sont en fait aperçus que la masse du prototype international avait légèrement varié par rapport à celles des six copies-témoins réalisées à la même époque et conservées au BIPM. La masse de l'IPK a divergé de la masse de la moyenne de ces copies d'environ 50 microgrammes (millionièmes de grammes). Pourtant, le BIPM a multiplié les précautions pour protéger l'IPK. "Il est conservé sous trois cloches de verre, dans un coffre situé dans une pièce ultra-propre dédiée, au sous-sol" du Pavillon de Breteuil, indique à l'AFP Estefania De Mirandes, secrétaire exécutive du Comité consultatif des unités au BIPM. Une fois par an, le coffre est ouvert pour vérifier visuellement l'état de l'IPK.

L'étalon du kilogramme est donc réalisé désormais avec la constante de Planck au moyen d'une balance du watt, également appelée balance de Kibble du nom de son inventeur (le physicien britannique Bryan Kibble). Elle consiste à convertir une masse en une puissance électrique. Seuls quelques pays possèdent, pour l’instant, une balance du watt, dont la France qui en a développé une sur le site du LNE à Trappes, près de Paris. 

Mais, à l'arrivée, un kilo restera donc toujours un kilo. Inutile alors d’espérer que votre poids diminue la prochaine fois que vous montrez sur votre balance !