Combien pèse un kilo ?

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Mise à jour du 20 mai 2019 : après son adoption en novembre 2018, la révision du système international d’unités est entrée en vigueur ce lundi, et avec elle le nouveau mode de calcul du kilogramme.

Combien mesure un mètre ? Facile : c’est la distance parcourue par la lumière dans le vide absolu au cours d’un 299 792 458e de seconde. Combien dure une seconde ? C’est un peu plus subtil : elle dure 9 192 631 770 périodes de l’onde qu’émet un atome de césium 133 lorsqu’un de ses électrons change de niveau d’énergie. Et combien pèse un kilo ? Ben, un kilo, quoi. Le même kilogramme que pèse l’étalon en platine qui trône au pavillon de Breteuil à Saint-Cloud, et sert de référence mondiale pour la masse depuis 1889.

Tout le monde en était très content au début du XXe siècle, mais le «prototype international du kilogramme» (PIK) conservé sous trois cloches de verre a fait son temps : il est sur le point de laisser sa place à une nouvelle définition immatérielle du kilogramme basée sur des lois de la physique, comme c’est déjà le cas pour la seconde et le mètre. La Conférence générale des poids et mesures, qui se tient cette semaine à Versailles, va signer et valider cette révolution qui prendra effet en 2019.

Le système international, c’est quoi ?

Logo du système international, avec ses sept unités de baseC’est le système d’unités de mesure adopté par le monde entier – sauf les trois pays rebelles que sont les Etats-Unis, le Liberia et la Birmanie. Il compte sept unités de base :

  • – le kilogramme pour la masse
  • – la seconde pour le temps
  • – le kelvin pour la température
  • – l’ampère pour l’intensité électrique
  • – le mètre pour les longueurs
  • – la mole pour la quantité de matière
  • – la candela pour l’intensité lumineuse

La première ébauche du système international date du XVIIe siècle, et s’appuie au départ sur des références très concrètes : la seconde est un 86 400e de jour terrestre moyen, le kilogramme est la masse d’un litre d’eau à 4°C, le mètre correspond à la longueur d’un pendule battant la seconde…

Pourquoi remplacer les étalons par des formules ?

Car ces définitions basées sur une réalité physique sont imprécises et fragiles. Les définitions d’unités de base n’ont cessé d’être remises en cause au cours du temps et des progrès scientifiques. Le mètre basé sur le pendule, par exemple, n’a pas fait long feu. On s’est rendu compte que les pendules battent plus vite à mesure qu’on s’éloigne de l’équateur, car la pesanteur terrestre varie selon la latitude : en 1791, on a donc redéfini le mètre à un dix-millionième de demi-méridien terrestre.

Le mètre est défini en 1791 comme le dix millionième d'une moitié de méridien terrestre.Le mètre est défini en 1791 comme le dix-millionième d’une moitié de méridien terrestre. (Schéma d’après US Government, domaine public)

Des mètres étalon en platine ont été fabriqués et distribués à travers le monde. Mais comment les conserver pour qu’ils ne s’usent pas, et les manipuler pour faire des mesures comparatives sans les effriter d’un micromètre ? Prendre modèle sur un artefact physique n’est pas satisfaisant. Petit à petit, le Bureau international des poids et mesures créé en 1875 a donc remplacé les définitions concrètes par des formules abstraites, inaltérables.

Prototype de mètre donné aux Etats-Unis par le Bureau International des Poids et Mesures en 1889.Le mètre est devenu, en 1960, un multiple de la longueur d’onde d’une radiation orange émise par le krypton 86, avant de finir en distance parcourue par la lumière en une fraction de seconde en 1983.

La seconde était au départ une fraction de jour terrestre – un 86 400e de rotation complète de la Terre, pour qu’un jour dure 24 heures, comptant chacune 60 minutes de 60 secondes. Mais la rotation terrestre varie un peu et ralentit avec le temps. La seconde est devenue en 1967 un multiple de la période de l’onde qu’émet un atome de césium 133 lorsqu’un changement de niveau d’énergie. Et pour rester en rythme avec la rotation terrestre, on ajoute de temps en temps une seconde intercalaire au temps universel.

La candela est une unité crée en 1948 pour standardiser ce qu’on nommait auparavant la «bougie internationale» puis la «bougie nouvelle». Au début du XXe siècle, elle était basée sur l’intensité lumineuse émise par une lampe électrique à filament. Elle est redéfinie en 1979, en même temps que la seconde, comme «l’intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540×1012 hertz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est 1⁄683 watt par stéradian».

Que deviennent la mole, le kelvin et l’ampère ?

Les autres unités de base – la mole, le kelvin, l’ampère et le kilogramme – sont à la traîne. La réflexion est lancée depuis des décennies, mais les chantiers prennent du temps. Il faut faire des expériences scientifiques pour trouver une formule qui convient, vérifier, revérifier et valider les résultats, rédiger les nouvelles définitions des unités, les soumettre à débat, les voter… Et tout ceci à l’échelle de la planète entière, en incluant soixante Etats membres et quarante-deux Etats associés.

Mais ça y est, la grande révision du système international est enfin prête (on peut la lire ici en PDF). Quatre nouvelles définitions pour les unités retardataires seront ajoutées à celle du mètre, de la seconde et de la candela dans un ensemble cohérent où chaque unité repose sur une constante physique, c’est-à-dire une quantité que l’on peut physiquement mesurer et dont la valeur est fixe.

Thermomètre en degrés Celsius et en kelvins, dans une église aux Pays-Bas.Le kelvin, historiquement, a été inventé pour répondre au besoin de définir un zéro absolu, la température la plus basse qu’on puisse atteindre dans l’univers. Le physicien William Thomson a calculé que 0° Kelvin valait -273° Celsius sur nos thermomètres. En intégrant le système international en 1954, le kelvin a vu sa mesure affinée d’après le point triple de l’eau – le point d’équilibre où elle peut coexister dans ses trois états de glace, de vapeur et de liquide. Cela se produit sous 611 pascals de pression et une température de 0,01° C, soit 273,16 kelvins. Dans sa révision de 2019, le kelvin sera défini d’après la constante de Boltzmann qui fait le lien entre énergie et température.

La mole est devenue une unité du système international en 1971. Elle correspond au départ à la quantité de matière d’une substance chimique qui contient autant d’entités élémentaires (par exemple des atomes, des molécules, des ions, des électrons…) qu’il y a d’atomes dans 12 grammes de carbone 12. Une mole d’atomes – un chiffre qu’on nomme constante d’Avogadro – contient environ 6,022 140 857 × 1023 atomes selon la mesure officielle et actuelle. Mais elle s’affine au fil des ans et des mesures. Le Bureau des poids et mesures a choisi de s’appuyer sur les mesures les plus récentes, datant de 2017, pour redéfinir la mole dans la révision du SI à venir : on dira qu’«une mole contient exactement 6,022 140 76 × 1023 entités élémentaires», un point c’est tout.

Un ampèremètre du début du XXe siècle, en Allemagne.L’ampère est dérivé d’anciennes unités de mesure du courant électrique, qu’on mesurait par exemple d’après la taille d’un conducteur circulaire et le champ magnétique produit en son centre. L’«ampère international» valable au début du XXe siècle a intégré le système international en 1948 et sa définition n’a pas changé : c’est «l’intensité d’un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre l’un de l’autre dans le vide, produirait entre ces conducteurs une force égale à 2×10–7 newton par mètre de longueur.» La révision actuelle décorrèle l’ampère de ce type d’expérience matérielle à base de câbles placés à une certaine distance. L’ampère va dépendre de la charge élémentaire, c’est-à-dire la charge électrique d’un proton.

Alors ça pèse combien, un kilo ?

Quant aux étalons du kilogramme – le prototype international et ses six copies officielles, calibrées en 1889 et 1946 –, ils vivent leur vie comme tous les artefacts physiques, malgré toutes les précautions prises pour leur conservation. Les six copies présentaient, en 2014, des variations moyennes de 50 microgrammes par rapport au «grand K» conservé à Saint-Cloud. Si les kilos ne pèsent plus un kilo, où va le monde ?

Variation de la masse des étalons du kilogramme. K1, 7, 8, 32, 43 et 47 sont les six copies officielles du Prototype International du Kilogramme (PIK), dont la masse correspond au zéro sur l'axe Y.Variation de la masse des étalons du kilogramme. K1, 7, 8, 32, 43 et 47 sont les six copies officielles du Prototype International du Kilogramme (PIK), dont la masse correspond au zéro sur l’axe Y. (Image BIPM)

Alors, comme ses amis la mole, le kelvin et l’ampère, le kilogramme doit désormais dépendre d’une constante physique pour garantir sa stabilité absolue. Il s’agit, en l’occurrence, de la constante de Planck qu’on utilise pour décrire la taille des quanta, les plus petits «grains» indivisibles qui composent l’énergie et qui ont donné son nom à la mécanique quantique. De son petit nom h, la constante de Planck est normalement exprimée en joule seconde.

Quand on se demandera combien pèse un kilo, on pourra donc bientôt répondre : «un kilogramme est la masse nécessaire pour que la constante de Planck vaille 6,626 070 15×10–34 kg⋅m2⋅s−1». C’est du lourd.


Camille Gévaudan

«Avec des cheveux comme ça, tu ne trouveras pas de travail et encore moins de mari»

http://www.liberation.fr/france/2019/05/20/avec-des-cheveux-comme-ca-tu-ne-trouveras-pas-de-travail-et-encore-moins-de-mari_1726862

Qu’on les chérisse ou qu’on les haïsse, qu’ils soient moqués ou admirés, les cheveux, c’est une sacrée affaire. Parce qu’ils contribuent à faire de nous ce que nous sommes, Libération leur consacre une chronique. Aujourd’hui, Rania, adjointe au maire.

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«Toutes les histoires et les problèmes avec mes cheveux ont commencé assez tôt. Au moment où mes parents et mes frères et sœurs se sont aperçus que je n’avais pas les mêmes cheveux qu’eux. Les miens sont bouclés tendance frisés/crépus quand les leurs sont lisses. Ce qui pourrait passer pour normal et classique dans une famille d’origine maghrébine est devenu pour moi une série de moqueries, railleries et d’incompréhensions de la part de ma famille. Pourquoi, moi la petite dernière, je n’avais pas les cheveux lisses comme les autres ?

«Je pense que ça vient de ce qui reste d’une construction coloniale. En Kabylie, il y a une expression qui dit “il est beau comme un Français”, “il est blanc comme un Français”, c’est quelque chose de positif, ça veut dire il est beau. Dans ma famille, c’est resté. J’ai un frère et une sœur qui ont les yeux bleus, les cheveux lisses, donc ils sont très beaux. Et moi je suis brune avec les cheveux frisés, donc clairement il y avait quelque chose qui n’allait pas dans le chemin familial.

Discipline de fer

«Je me suis souvenue récemment d’une humiliation subie quand j’avais une douzaine d’années. Ma mère m’avait laissée seule chez le coiffeur pour une coupe courte. La coiffeuse, prise sans doute de remords à l’idée de me raser quasiment la tête, a essayé de faire une coupe un peu moins courte et un peu plus structurée. J’étais contente. Je l’aimais bien cette coiffeuse. Ma mère est arrivée et devant tout le monde s’est mise à pousser des cris d’orfraie et a exigé que la gentille coiffeuse reprenne ses ciseaux et coupe, coupe, coupe. J’étais tétanisée. Les larmes me sont venues aux yeux. J’ai croisé, dans le miroir, le regard plein de douceur et d’empathie de cette jeune coiffeuse. Et j’ai eu honte.

«Des années ont passé au cours desquelles j’ai développé une relation très compliquée avec mes cheveux : lissage, brushing… Je m’imposais une discipline de fer pour justement les discipliner car “avec des cheveux comme ça, tu ne trouveras pas de travail et encore moins de mari” (ma mère).

Reconnaissable

«Mais un jour, j’en ai eu marre. Et j’ai tout abandonné pour laisser ma vraie nature de cheveux s’imposer. Une anecdote parmi tant d’autres : j’arrive deuxième d’un concours administratif qui me permet d’entrer dans un ministère. Première et unique réaction de mon père : “Ils t’ont acceptée malgré tes cheveux ?”

«Maintenant, je suis cadre supérieure, adjointe au maire en charge de la politique de la ville, de la sécurité et de la citoyenneté dans ma commune de 22 000 habitants, conseillère communautaire, en couple, avec deux enfants. Tout va bien pour mes cheveux que je laisse au naturel, c’est-à-dire en touffe mi-longue, frisée parfois crépue. Hors de question de les attacher ou de les discipliner parce que dans ma ville ou au boulot, je suis “mais si, tu connais Rania, la fille avec beaucoup de cheveux bruns, tout frisés !” Reconnaissable.»


Elsa Maudet