Kilogramme - Définition et Explications

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Définitions

Définition actuelle

Vue d’artiste de l’étalon kilogramme en platine iridié.

Le kilogramme est actuellement défini comme la masse d’un cylindre en platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) iridié (90 % platine et 10 % iridium) de 39,17 mm de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) et 39,17 mm de haut déclaré unité SI de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte)...) depuis 1889 par le Bureau international des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle...) et mesures (BIPM).

Cette unité de mesure (En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de grandeurs physiques qui ont besoin de définitions précises pour être utiles. Les...) est la dernière du SI à être définie au moyen d’un étalon matériel fabriqué par l’homme, c’est-à-dire un artefact (Un artéfact ou artefact est un effet (lat. factum) artificiel (lat. ars, artis ). Le terme artéfact désigne à l'origine un phénomène créé de toute pièce...). Celui-ci est conservé sous trois cloches de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est...) scellées dont il n’est extrait que pour réaliser des étalonnages (opération qui n’a eu lieu que trois fois depuis sa création).

Malgré ces précautions, la masse du prototype a déjà varié de quelques microgrammes.

Selon James Clerk Maxwell (James Clerk Maxwell (13 juin 1831 à Édimbourg, en Écosse - 5 novembre 1879) est un physicien et mathématicien écossais. Il est...) (1831 - 1879) :

« Même si le repère cylindrique du kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international d’unités (SI).) est abrité dans un coffre spécial, dans des conditions contrôlées au BIPM, sa masse peut dériver légèrement au fil des ans et il est sujet à des modifications de masse en raison de la contamination, la perte de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) par nettoyage, ou d’autres effets. Une propriété de la nature est, par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.), toujours la même et peut en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) être mesurée n’importe où, alors que le kilogramme est accessible uniquement au BIPM et pourrait être endommagé ou détruit. »

Propositions de futures définitions

Sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre....) monocristalline d’un kilogramme de Silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) du Projet Avogadro à l’Australian Centre for Precision Optics.

Afin d’assurer la stabilité à long terme du système international d’unités, la 21e Conférence générale des poids et mesures, en 2000, a recommandé que « les laboratoires nationaux poursuivent leurs efforts pour affiner les expériences qui relient l’unité de masse à des constantes fondamentales ou atomiques et qui pourraient, dans l’avenir, servir de base à une nouvelle définition du kilogramme. »

Depuis que le SI a défini les valeurs des constantes de Josephson (CIPM (1988) Recommandation (Les industries ne fonctionnent pas correctement sans normes garantissant l'interopérabilité, des organismes crées pour, promulguent des...) 1, PV 56; 19) et von Klitzing (CIPM (1988), Recommandation 2, PV 56; 20), il est possible de combiner ces valeurs (K ≡ 4,835 979×10+14 Hz/V et R ≡ 2,581 280 7×10+4 Ω) avec la définition de l’ampère afin de définir le kilogramme comme ceci :

« Le kilogramme est la masse qui subirait une accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique,...) de précisément 2×10-7 m/s2 lorsqu’elle est soumise à la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la...) entre deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) infinie, de section circulaire négligeable, placés à une distance d’un mètre l’un de l’autre dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), et à travers desquels passe un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par...) constant d’exactement 624 150 962 915 265×1018 charges élémentaires par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...). »

Ces unités sont aussi utilisées en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) relativiste comme unités d’énergie (via la relation E=mc2).

Il est possible que, lors de la prochaine convention du BIPM, le gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) soit défini comme unité dérivée (La dérivée d'une fonction est le moyen de déterminer combien cette fonction varie quand la quantité dont elle dépend, son argument, change. Plus précisément, une dérivée est une expression...), et la valeur de la constante de Planck (En physique, la constante de Planck, notée h, est une constante utilisée pour décrire la taille des quanta. Elle joue un rôle central dans la mécanique quantique et a...) (h) soit figée à : 6,62606901×10-34 J⋅s.

Cela dépendra de la précision améliorée de la balance du watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système...) et de sa concordance avec la précision améliorée de la mesure de la masse d’une mole de silicium très pur, ce qui dépend de la précision du mètre « rayons X », qui pourra s’améliorer via les travaux du physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces...) Theodor W. Hänsch.

Une autre approche serait de se baser sur le poids d’un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) défini d’atomes. Ce décompte n’est pas simple et pourrait être simplifié dans le cas d’un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de cristallographie,...) pur permettant ainsi de connaître le nombre d’atomes par unité de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.). Des tentatives en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...) ont été faites grâce à la fabrication d’une sphère (relativement facile à usiner) de silicium, en tenant compte de la proportion des différents isotopes. La précision ainsi obtenue est de 3 sur 10 millions. Une boule de silicium 28 pourrait atteindre une précision de 2 pour 100 millions à l’horizon 2010.

Une toute nouvelle définition du kilogramme a été proposée récemment :

« Le kilogramme vaut exactement la masse de : 5,018451491671326975321×1025 atomes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 12. »
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