Les mètres de l’espace et du temps

La masse du kilogramme

Kilo étalon

L’histoire du kilo­gramme res­semble à celle du mètre. À la fin du XVIIIe siècle, l’unité de masse a été défi­nie comme celle d’un déci­mètre cube – un litre – d’eau à la tem­pé­ra­ture de 4° C. Un choix qui n’en faci­li­tait pas l’usage ni la conser­va­tion – bref, il était impos­sible, si l’on ose dire, de gra­ver ce kilo dans le marbre ! Grâce entre autres aux tra­vaux de Lavoi­sier – qui ne put en tirer gloire puisqu’il finit sur l’échafaud en 1794 –, un pre­mier kilo­gramme « solide » est dépo­sé en 1799 aux Archives, en même temps que son confrère le mètre. Le kilo­gramme éta­lon actuel date de 1889 : un cylindre en alliage, 90 % de pla­tine et 10 % d’iridium, de 39,17 mm de hau­teur comme de dia­mètre, aux bords biseau­tés et à la sur­face impec­ca­ble­ment polie. Voi­ci le pro­to­type inter­na­tio­nal du kilo­gramme (IPK), qui pèse évi­dem­ment son kilo et pas loin de 50 000 €… Conser­vé dans un coffre-fort, sous une triple cloche de verre, on ne le sort jamais, sauf lors des rares pro­cé­dures d’étalonnage. Quant à la défi­ni­tion de l’unité, elle est unique dans la science moderne : « le kilo­gramme est l’unité de masse ; il est égal à la masse du pro­to­type inter­na­tio­nal du kilo­gramme ». Un peu l’histoire de ser­pent qui se mord la queue…

Le BIPM tra­vaille donc à l’amélioration de cette défi­ni­tion depuis plu­sieurs décen­nies, en fai­sant appel à deux constantes de la « nature » – celle d’Avogadro et celle de Planck, dans des for­mules qui en appellent à la phy­sique quan­tique, tirent des lignes entre le macro­sco­pique et le micro­sco­pique, défient l’imaginaire – comme comp­ter par exemple le nombre d’atomes dans une sphère de sili­cium pur – et dépassent l’entendement, du moins le nôtre. « On arrive très près du bout du tun­nel, se réjouit Alain Picard, le direc­teur du dépar­te­ment des Masses, encore quelques années et l’on par­vien­dra à redé­fi­nir le kilo­gramme en fonc­tion de constantes fon­da­men­tales de la nature. »

Dans les sous-sols de l’observatoire, on entre dans un domaine dont nul ne peut avoir idée : celui des chas­seurs du mil­lio­nième de gramme. « Ici, en métro­lo­gie, seul compte ce qu’il y a loin der­rière la vir­gule… » Et pour ces chas­seurs-là, tout importe, même l’infime le plus impal­pable : l’humidité de l’air, le taux de CO2, la tem­pé­ra­ture, le grain de pous­sière… Car ce qui compte avant tout, c’est de rame­ner l’incertitude à l’acceptable – ce qui pour­rait bien être une phi­lo­so­phie de vie. Et puis il y a les choses aux­quelles le pro­fane éba­hi ne pense pas et qui le poussent à remettre en ques­tion l’affaire du kilo de plumes et du kilo de plomb : « Plus un volume est grand, explique Alain Picard, plus il faut cor­ri­ger la pous­sée de l’air, selon le prin­cipe d’Archimède. De même qu’il faut tenir compte de la posi­tion de son centre de gra­vi­té par rap­port au centre de la Terre… En rai­son de l’attraction ter­restre, un cen­ti­mètre de dif­fé­rence est égal à 3 micro­grammes de masse. »