Des Scientifiques se Rapprochent du Kilogramme Exact

Sealed Glass Chamber

Les scientifiques autour du monde cherchent « l’unique et véritable kilogramme » depuis qu’il fut découvert en 1989 que le prototype international du kilogramme (aussi appelé le Grand K), le standard pour l’exactitude du kilogramme autour du monde, perd du poids (ou ses six copies en ont pris). Quoique que la perte de poids reportée ne soit que l’équivalent d’un grain de sable (environ 50 microgrammes), c’est déjà trop pour les expériences avec des objets extrêmement petits ou des particules. De plus, les précautions nécessaires à prendre avec le Grand K (de peur qu’il se dégrade encore plus) font que le prototype est rarement utilisé. Le poids, fait en platinum et en iridium, a été créé en 18889 et ne sort de sa chambre de verre à triple dôme à Paris qu’une fois tous les quarante ans. Il est alors minutieusement nettoyé, poli et pesé. Certains membres de la communauté scientifique disaient déjà que le standard ne devrait pas être un objet que les gens ont peur d’utiliser, alors que d’autres proposent que le kilogramme devrait être comme les autres standards : défini par des constantes fondamentales naturelles qui peuvent être reproduites en laboratoire (comme le mètre, désormais défini par la vitesse de la lumière).  Motherboard reporte que « La Conférence Générale des Poids et Mesures a voté unanimement vote pour la recherche d’un nouveau standard en 2011, avec une date de projet implémentée en 2018 ».  Des scientifiques autour du globe ont commencé le travail sur le projet, and le plus précis à cette date est une sphère de silicone qui est aussi une sphère parfaite.

Perfect Silicone Sphere

Comment ?

On commence avec une sphère en silicone (enrichie en isotope, pour être précis) et quelque chose appelé la constante d’Avogadro. La constante d’Avogadro est définie comme « Le nombre de particules élémentaires (molécules, atomes, composés, etc…) par mole d’une substance. Elle est égale à 6.022×1023 mol-1 et est notée NA ». Elle est utilisée pour convertir les mesures au niveau atomique en grammes, qui peuvent ensuite être utilisées pour déterminer le kilogramme. Le silicone a une propriété particulière : on peut compter le nombre d’atomes dans un échantillon en le mesurant (National Geographic compare le processus au compte de bonbons dans une machine à boules de gomme). Suivant ce principe, les scientifiques utilisent la constante d’Avogadro pour calculer la précision de la sphère en silicone. Elle est déjà extrêmement précise : le chiffre reporté a été calculé avec une marge d’erreur de seulement 0.000000018. Et la sphère pourrait devenir encore plus précise ; Motherboard reporte que lorsque le magazine a couvert le projet pour la première fois en 2014, le projet « n’était guère plus que conceptuel ». Dans deux ans de plus, qui sait à quel point la sphère sera précise ? Bien sûr, diverse publications rappellent que bien que la sphère soit le projet le plus précis de date, il y a d’autres projets en court qui pourrait être tout aussi précis, voire plus. La sphère est unique car elle a la valeur la plus précise de la mole jamais enregistrée.

Pour mesurer le kilogramme parfait, on a besoin de la balance parfaite. On aimerait vous dire qu’Adam Equipment a la solution, mais des scientifiques travaillent pour améliorer les balances du watt. Qu’est-ce que la balance du watt ? Aussi nommées les balances Kibble après Bryan Kibble, qui les a inventé en 1975, c’est un instrument hautement technique qui « compare les mesures de puissances électriques et mécaniques pour établir un lien entre les unités électriques et mécaniques SI ». La balance mesure les quantités électriques en utilisant des effets quantiques et deux constantes fondamentales : la charge élémentaire et la constante de Planck. Nous allons essayer d’expliquer comment cela marche en utilisant cet article de Motherboard (en anglais). Pour nos lecteurs plus techniques, le site en anglais NPR a cet article qui explique comment la balance du watt marche en termes plus scientifiques. La balance du watt commence comme celles que nous vendons : avec une base stable. La balance repose sur un piédestal « qui atteint le substrat rocheux sous la ville [Ottawa] pour diminuer les vibrations ». Le poids est placé sur un treillis en Pyrex, qui a des bobines de fils électriques autour des bras du treillis, et d’autres bobines pour « créer moteur d'entraînement ». Comme toutes les balances, la balance du watt compare deux forces différentes, mais la balance du watt remplace la gravité par l’électromagnétisme. Et tout comme la sphère a poussé la précision du calcul de la constante d’Avogadro, la balance du watt a redéfini la constante de Planck en permettant le calcul d’un nombre plus précis.

Scientific Equipment

Pourquoi est-ce important?

Certaines expériences scientifiques demandent une précision de pesage absolue. Quand on s’occupe d’atomes et de particules plus petites, même les déviations minimes du standard peuvent donner des résultats vastement différents. Les scientifiques pourraient avoir des difficultés pour reproduire des expériences, ou il se peut qu’ils obtiennent des résultats qui pourraient être interprété différemment. Cela pourrait mener à des découvertes importantes ignorées ou abandonnées car le standard était trop diffèrent des reproductions. Une unité précise et standardisée permet aux scientifiques du monde entier d’étudier et de répliquer le travail d’autrui, ce qui augmente le potentiel de collaboration et abouti à des résultats plus précis. Beaucoup de travail théorique avec des objets qui ne peuvent pas être pesés sur une balance (en astronomie par exemple) dépendent sur des calculs pour obtenir leurs résultats. Et comme n’importe qui qui s’est trompé pendant un examen de physique peut en attester, même les imprécisions les plus petites peuvent devenir énormes si elles vont à travers assez de formules. Le problème prend des proportions inquiétantes quand il arrive dans des domaines tels que la médecine ou ingénierie. Et bien sûr, le poids n’est pas la seule chose affectée. Pensez à toutes les formules qui ont le poids comme variable, et vous comprenez l’ampleur du problème.

La plupart des scientifiques entretenus à propos de ce sujet expliquent que ces découvertes ne vont pas affecter les gens ordinaires. Cependant, elles sont très avantageuses. Si des domaines tels que la médecine, ingénierie et physique quantique ne nous vous intéressent pas, pensez que cette recherche est très importante pour les technologies telles que l’Internet et les smart phones, ou en agriculture. Comme cet article de MentalFloss nous le rappelle, bien que vous n’alliez pas utiliser une sphère parfaite en silicone pour calibrer une balance du watt  pour peser vos pommes au supermarché, les divergences causées par un grain de sable accumulerait au fil du temps et créerait des problèmes concrets pour les consommateurs. Avec les résultats incroyables déjà montres par la sphère en silicone et la balance du watt, il est très probable que nous obtenions le Kilogramme Exact d’ici 2018, ou quelque chose de si près que ça apaisera les scientifiques les plus méticuleux.

Adam Equipment est un manufacturer de balance à qui les professionnels du monde entier peuvent faire confiance. Visitez notre site web, suivez nous sur les medias sociaux, et n’hésitez pas à nous contacter avec des questions.

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