Sciences dessus dessous

Archive du 1 février 2011

Mardi 1 février 2011 | Mise en ligne à 10h07 | Commenter Commentaires (31)

Compromis de poids

S’il est un domaine qui, en principe, ne fait aucune place au compromis, c’est bien la métrologie, cette branche des sciences qui s’occupe d’établir des standards pour diverses mesures. S’il existait deux définitions concurrentes du mètre, par exemple, l’une d’elle devrait être fausse, ou moins précise que l’autre, et l’idée de faire la moyenne entre les deux serait la meilleure façon 1) d’être sûr de se tromper ; 2) de ne faire que des mécontents.

Or, c’est un peu ce qui est en train de se produire avec une unité de mesure on ne peut plus fondamentale : le kilogramme. Le kilo de référence, sur lequel se basent (ne serait-ce qu’indirectement) toutes les balances du monde, est un vieux cylindre de platine et d’iridium conservé précieusement au Bureau international des poids et mesures (BIPM), en France, mais c’est là une manière bien archaïque et un peu risquée de définir une unité. Qu’arriverait-il si cet étalon était rayé ? Devrait-on rajuster tous les pèse-personne de la planète ?

C’est pour des raisons comme celles-là que l’on s’est débarrassé depuis longtemps du vieil étalon de platine qui définissait le mètre, pour le remplacer par une définition plus pratique et parfaitement invariable, car elle repose sur une constante physique : le mètre est maintenant la distance que parcourt la lumière en un 299 792 458e de seconde. Et on aimerait bien faire de même avec le kilo, mais la science hésite depuis des décennies entre deux définitions, et la revue Nature rapporte ici qu’un compromis vient d’être proposé. Un résumé en français est disponible sur le site de Sciences et Avenir.

D’une part, on pourrait définir le kilo avec une «balance de Watt», instrument extrêmement précis où des champs électrique et magnétique tiennent lieu de «ressort» — et la constante de Planck servirait alors d’étalon de base. Grosso modo, la constante de Planck (une quantité infimie d’environ 6 x 10-34 joule*seconde), désigné par la lettre h, fait le lien (immuable) entre l’énergie E d’une onde électromagnétique et sa fréquence v, dans la célèbre équation E = hv.

Mais d’autre part, il est également possible de définir le kilo en fonction du «nombre d’Avogrado», qui est le nombre de particules dans une mole, soit environ 6 x 1023.L’idée serait alors de compter de manière extraordinairement précise — ce que la technologie permet — le nombre d’atomes dans une sphère très pure de silicium-28, et de définir le kilo comme le poids de tant d’atomes de silicium-28.

Notons que les deux méthodes sont très, très précises, mais qu’elles donnent des résultats séparés par environ 175 parties par milliard.

Pour l’instant, c’est l’impasse : pas moyen de choisir entre les deux. Et afin d’éviter des années, sinon des décennies supplémentaires d’indécision, un ancien directeur du BIPM a proposé la semaine dernière que l’on fasse la moyenne des deux — ce qui a déclenché tout un débat.

Personnellement, ma préférence va à la solution qui me donnerait le plus petit nombre quand je monte sur un pèse-personne, et je devine que l’on pourrait rapidement rallier un très, très vaste consensus là-dessus. Est-ce que je me trompe ?

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