Métrologie

Le kilogramme et la seule unité de base du S.I. dont la définition repose encore sur un étalon matériel, et non sur des phénomènes fondamentaux de la nature. Cet étalon est le Prototype International du Kilogramme, aussi appelé « K » (« Grand K », dans toutes les langues), qui consiste en un cylindre de platine iridié conservé au BIPM à Sèvres. Cette définition pose de nombreux problèmes, dont les principaux sont :

1. La stabilité du prototype n’est pas garantie et les variations ne peuvent pas être correctement quantifiées: il n’existe pas de référence « parfaite » pour le tester. Cependant, des comparaisons entre des prototypes sélectionnés d’un kg et K montrent que les variations à long terme du kilogramme pourraient atteindre 5 parties par milliard par année.
2. Les valeurs des copies nationales ne peuvent pas être vérifiées au plus haut niveau sans être directement comparées à K. Le fait qu’un seul étalon assure la traçabilité de la masse à l’échelle mondiale n’est pas sans poser d’importants problèmes logistiques. Remarquons que la plupart des instituts nationaux de métrologie n’abritent qu’une seule copie officielle du kilogramme (la Belgique détient les N° 28 & 37, sur un total d’environ 90).

Afin d’adapter le S.I. aux besoins croissants de la science et de la technologie, il s’avère indispensable de redéfinir le kilogramme sur base de constantes fondamentales. Une nouvelle définition s’imposera lorsque la relation entre la masse et les constantes fondamentales atteindra une incertitude relative de moins d’une partie sur cent million. L’expérience de la balance de Watt qui vise à contrôler le kilogramme en égalant les puissances mécanique et électrique. Comme cette dernière se mesure en termes des effets Hall quantique et Josephson, la masse peut ainsi être directement reliée à la constante de Planck. Par ailleurs, la puissance mécanique dépend de la pesanteur, qui doit être connue avec précision.

Les mesures absolues de pesanteur sont donc indispensables dans les laboratoires effectuant des recherches sur la nouvelle définition du kilogramme. Elles sont aussi incontournables pour l’étalonnage des gravimètres relatifs. A ce titre, le gravimètre absolu de l’Observatoire royal de Belgique joue donc un rôle d’étalon, qui est régulièrement comparé à d’autres instruments lors de campagnes internationales de comparaison, menées en collaboration avec le Comité International des Poids et Mesures.