26e Congrès de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) à Versailles

20/10/2018
Publication REE REE 2018-4
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-4:23817
DOI :

Résumé

26e Congrès de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) à Versailles

Auteurs

L’IA et l’industrie
L’intelligence artificielle : prothèse ou orthèse ?
Refroidissement des logements : ne refaisons pas l’erreur des chauffages d’appoint
26e Congrès de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) à Versailles
Gérard Mourou, prix Nobel de physique 2018
Transition énergétique : il est temps de redonner la priorité à l’électricité
Comment décarboner les transports lourds de marchandises ?
La RATP se met au vert
Autoconsommation : le débat ne fait que commencer
Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?
La fiscalité du carbone se renforce
Stratégie nationale bas carbone : les premiers indicateurs de résultats interpellent
Eoliennes flottantes : deux inaugurations importantes mais beaucoup d’incertitudes demeurent
Vers un cluster de l’hydrogène dans la région de Liverpool-Manchester
Les batteries Li-ion pour l’automobile : un marché en pleine évolution
Mobileye et le Road Experience Management (REMTM)
La cyber-sécurité dans les systèmes d'automatisme et de contrôle de procédé
Les applications industrielles et scientifiques des logiciels libres : aperçu général
Les applications industrielles des logiciels. libres
Les applications industrielles des logiciels libres (2ème partie)
L'identification par radiofréquence (RFID) Techniques et perspectives
La cyber-sécurité des automatismes et des systèmes de contrôle de procédé. Le standard ISA-99
Êtes-vous un « maker » ?
Entretien avec Bernard Salha
- TensorFlow, un simple outil de plus ou une révolution pour l’intelligence artificielle ?
Donald Trump annonce que les Etats-Unis se retirent de le l’accord de Paris
L’énergie et les données
Consommer de l’électricité serait-il devenu un péché ?
Un nouveau regard sur la conjecture de Riemann – Philippe Riot, Alain Le Méhauté
Faut-il donner aux autorités chargées du respect de la loi l’accès aux données chiffrées ?
Cybersécurité de l’Internet des objets : même les ampoules connectées pourraient être attaquées
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 2)
ISA L’évolution des normes et des modèles
FIEEC - SEE - Présentation SEE et REE - mars 2014
Les radiocommunications à ondes millimétriques arrivent à maturité
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 1)
Internet des objets : l’ARCEP et l’ANFR mettent à la consultation l’utilisation de nouvelles bandes de fréquence autour de 900 MHz
L’énergie positive
Controverses sur le chiffrement : Shannon aurait eu son mot à dire
La cyberattaque contre les réseaux électriques ukrainiens du 23 décembre 2015
Le démantèlement des installations nucléaires
L’Accord de Paris
Les data centers
L’hydrogène
Le piégeage et la récolte de l’énergie. L’energy harvesting
Régalez-vous, c’est autant que les Prussiens n’auront pas...
Le kWh mal traité Deuxième partie : le contenu en CO2 du kWh
Le kWh mal traité
Enova2014 - Le technorama de la REE
Les grands projets solaires du pourtour méditerranéen
Après Fukushima, le nucléaire en question ?
On sait désormais stocker les photons pendant une minute
Identification d’objet par imagerie fantôme utilisant le moment orbital angulaire
La découverte du boson de Higgs, si elle est avérée, confirmera le modèle standard
Multiplexage par moment angulaire orbital : mythe ou réalité ?
Supercalculateur quantique: le choix de la supraconductivité
Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit
Production d’hydrogène par photolyse de l’eau assistée par résonance plasmon
Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation
Les nombres premiers en première ligne
La nouvelle révolution des moteurs électriques
Les cyber-attaques, un risque pour nos grandes infrastructures ?
Le stockage de l’électricité
Le véhicule électrique (2) : comment donner corps à la transition énergétique ?
L'automatisation des transports publics
Les technologies nouvelles de l’éclairage : leur impact sur l'environnement et la santé
Les énergies marines renouvelables
Le véhicule électrique : une grande cause nationale
Médaille Ampère 2012
Berges2009_Hauet.pdf
Prix Bergès 2009

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26 ZREE N°4/2018 26 ZREE N°4/2018 ACTUALITÉS Photo 1 : Balance du watt du NIST National Institute of Standards and Technology , réputée la plus précise aujourd’hui – Crédit : NIST. REE N°4/2018 Z 27 ACTUALITÉS La Conférence générale des poids et mesures (CGPM) tiendra du 13 au 16 novembre 2018 sa 26e session à Ver- sailles. Au programme de cette conférence, une véritable révolution engagée depuis 2011 : les unités de base du Système international d’unités seront, à partir du 20 mai 2019, toutes redéfinies à partir de sept constantes fonda- mentales de la physique. La REE n°2015-2 avait évoqué dans un Gros plan sur… les principes de la redéfinition du kilogramme avec la balance du watt et dans un Retour sur… l’histoire de la définition de l’éta- lon du mètre [1][2]. Dans ce qui suit, nous exposons après un bref historique, les raisons et les enjeux d’une réforme engagée depuis 2011 et qui sera actée à la prochaine CGPM. Première étape : le système métrique Le système métrique décimal élaboré à la Révolution s’est peu à peu imposé au cours du XIXe siècle en France et, avec des fortunes diverses, à l’étranger. C’est à l’occasion des expo- sitions universelles de la deuxième moitié du XIXe siècle que les avantages du système métrique décimal ont été pris en considération, au cours notamment des expositions de 1851 à Londres et de 1855 et 1867 à Paris. Après cette dernière, le monde savant a poussé à la création d’un comité international des poids et mesures chargé de leur uniformisation. Le BIPM fut créé par le traité de la Convention du Mètre signé à Paris le 20 mai 1875. Ce traité institua les organes su- pranationaux de métrologie, avec, comme organe diploma- tique, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), comme organe scientifique, le Comité international (CIPM) et comme organe opérationnel, le Bureau international des poids et mesures (BIPM). La Convention du Mètre est ratifiée à ce jour par la quasi-totalité des Etats. Elle a marqué le début de la métrologie scientifique en tant que discipline internatio- nale régie par des traités. Cette organisation assure l’unification mondiale des me- sures physiques et chimiques et les valide dans le système métrique. Elle est en outre responsable des étalons interna- tionaux et de la vérification des étalons nationaux. Son do- maine était lié au départ aux unités de longueur et de masse. Avec l’évolution des sciences, il s’est étendu aux étalons de mesures électriques en 1937, aux mesures photométriques en 1948 et à l’étalon de temps en 1967. L’art de la mesure repose sur la comparaison de l’objet à mesurer avec un étalon. A la création du système métrique, des étalons de référence ont été créés pour l’unité de lon- gueur, le mètre et pour l’unité de masse, le kilogramme. A cette époque, les étalons restaient définis par des gran- deurs universelles, le méridien terrestre pour le mètre et la masse d’un décimètre cube d’eau pure pour le kilogramme. Les étalons en platine iridié furent placés le 28 septembre 1889 dans le dépôt souterrain du pavillon de Breteuil où ils sont toujours conservés aujourd’hui. Nécessité de références plus précises L’utilisation d’artefacts comme étalons, qui restèrent long- temps en usage pour le mètre et surtout pour le kilogramme, soulevait des difficultés croissantes. Par exemple, la masse de l’étalon du kilogramme variait lentement, avec une dérive de l’ordre du microgramme par an qui pouvait s’expliquer par des phénomènes de recomposition du platine avec des composés, tels que le mercure contenus dans des propor- tions infimes par l’air environnant, mais interférant avec le platine, catalyseur puissant, chaque fois que l’étalon était sor- ti à l’air libre. Il pouvait par ailleurs être détérioré et alors le kilogramme aurait été perdu ! Le kelvin, unité fondamentale de mesure de la tempéra- ture thermodynamique dans le Système international, défi- ni comme la fraction de 1/273,16 du point triple de l’eau où coexistent les trois phases, dépend de la qualité de l’eau utilisée. L’ampère est défini comme l’intensité d’un courant constant qui, s’il est maintenu dans deux conducteurs li- néaires et parallèles, de longueurs infinies, de sections négli- geables et distants d’un mètre dans le vide, produit entre ces deux conducteurs une force linéaire égale à 2×10-7 newton par mètre. Ces définitions physiques datent du XIXe siècle et peuvent dépendre du lieu où est effectuée l’opération de mesure. Pour les métrologues, il fallait mettre de l’ordre dans toutes ces unités et trouver des références mieux adaptées aux exigences du monde moderne. Création du Système international d’unités Le Système international d’unité (SI) est officiellement né en 1960 par une résolution de la 11e Conférence générale des poids et mesures. Avec le développement des applica- tions de la physique quantique, les métrologues ont recon- sidéré les étalons. Il s’agissait de disposer de définitions plus stables et plus fondamentales. Pour le mètre d’abord, en 1960, la même conférence a pro- cédé à un changement fondamental de définition. Le mètre est devenu la longueur égale à 1 650 763,73 longueurs d’onde dans le vide de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux 2p10 et 5d5 de l’atome de krypton 86. En 1968, c’était le tour de la seconde dont la définition était associée à la durée du jour. Désormais liée à une transition atomique, la 26e congrès de la CGPM à Versailles : une révolution du Système international d’unités 28 ZREE N°4/2018 Tableau 1 : Correspondance entre les anciennes définitions des unités fondamentales et les nouvelles, telles que proposées à la 26e session de la CGPM. ACTUALITÉS seconde est devenue la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’atome fondamental de césium 133. Peu à peu, s’est affirmée la volonté des métrologues de définir les unités fondamentales à partir de constantes fon- damentales de la physique, à l’instar de la nouvelle définition du mètre de 1983, appelé pour cela le mètre lumière, qui est la distance parcourue durant la fraction 1/299 792 458 de seconde sachant que la vitesse de la lumière devenait alors une constante dont la valeur était figée définitivement. En 2011, la CGPM prenait la décision de réviser l’ensemble du Système international en appliquant le même principe à toutes les unités restantes : le kilogramme, le kelvin, l’am- père, la mole et la candela. 26ème Conférence générale des poids et mesures de novembre 2018 Depuis l’annonce de cette réforme, les laboratoires de mé- trologie ont été amenés à déterminer les correspondances aussi précises que possible entre les unités actuellement uti- lisées et les constantes de la physique retenues comme réfé- rences. A cette fin, les métrologues ont élaboré des procédures telles que celle de la balance du watt (photo 1) permettant de passer du kilogramme étalon matériel au kilogramme de la ba- lance du watt. Les laboratoires ont d’abord pesé leurs étalons nationaux avec une même valeur de la constante de Planck puis les ont envoyés au BIPM où l’opération inverse a per- mis d’ajuster la constante de Planck désormais fixée. Plusieurs balances du watt ont été utilisées pour cela. Des méthodes similaires ont été utilisées pour les autres unités. Le tableau 1 résume les évolutions qui seront ainsi appor- tées au SI. La définition la plus novatrice est probablement celle du kilogramme car elle fait appel à des expériences qu’il eût été impossible de réaliser il y a quelques années. La dé- finition du kelvin rend hommage d’une certaine manière à la physique statistique élaborée par Boltzmann au début du XXe siècle. Après sept années de travaux, afin de disposer d’un Sys- tème international d’unités uniforme et accessible dans le monde entier, pour le commerce international, l’industrie de haute technologie, la santé humaine et la sécurité, la protec- tion de l’environnement, les études sur l’évolution du climat, ainsi que la science fondamentale qui étaye tous ces do- maines, il sera décidé à l’issue de la 26e Conférence générale des poids et mesures, que le SI comprendra, à compter du 20 mai 2019, sept unités de base définies à partir de sept constantes choisies parmi les constantes fondamentales de la physique (encadré 1). Cette résolution, que l’on peut qualifier d’historique, mar- quera la fin d’une époque : les étalons conçus comme ar- tefacts rejoindront définitivement les musées de l’Histoire. Ce sera particulièrement le cas du kilogramme dont l’étalon représenté, symbolisé même, par un cylindre de platine iri- dié conservé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres (photo 2) va céder sa place. Le nouveau kilogramme sera désormais défini à partir de la constante de Planck de la physique quantique (h), de la vitesse de la lumière (c) et de la fréquence (6i) de la transition hyperfine de l’état fonda- mental de l’atome de césium 133 (photo 2 et figure 1). Une ère s’achève mais la résolution qui ouvrira la voie à nouvelle époque, sera néanmoins votée à Versailles ! Références [1] Gros plan « la redéfinition du kilogramme et des unités électriques » par Pierre Cladé et Lucile Julien. REE n° 2015-2 [2] Retour sur « Les étalons de mesure du mètre méridien au mètre lumière » par Marc Leconte REE n°2015-2. Q Marc Leconte et Jean-Pierre Hauet Grandeur Unité Définition avant 2018 Définition prévue 2018 Constante de référence Temps Seconde Transition du césium 133 Inchangée depuis 1968 Fréquence de la transition du césium Longueur Mètre Distance parcourue par la lumière en 1/299792458 ème de seconde Inchangée depuis 1983 Vitesse de la lumière c Masse Kilo Etalon en platine E = mc² et E = hv Constante de Planck h Courant Ampère Force entre deux conducteurs paral- lèles distants de 1 mètre parcourus par un courant Déplacement de charge e par unité de temps Charge de l’électron e Température Kelvin Pont triple de l’eau Agitation thermique reliant l’énergie à la température et à k Constante de Boltzmann k Quantité de matière Mole Quantité de matière dans 12g de carbone 12 Contient Na atomes Na : Nombre d’Avogadro Intensité lumineuse Candela Rayonnement lumineux de fréquence 540.1012 Hz Inchangée depuis 1979 Efficacité lumineuse fixée REE N°4/2018 Z 29 ACTUALITÉS A compter du 20 mai 2019, le Système international d’unités, le SI, est le système d’unités selon lequel : s LAFRÏQUENCEDELATRANSITIONHYPERlNEDELÏTATFONDAMENTALDELATOMEDECÏSIUMNONPERTURBÏ 6iCs, est égale à 9 192 631 770 Hz ; s LAVITESSEDELALUMIÒREDANSLEVIDE c, est égale à 299 792 458 m/s ; s LACONSTANTEDE0LANCK h, est égale à 6,626 070 15 × 10−34 J s ; s LACHARGEÏLÏMENTAIRE e, est égale à 1,602 176 634 × 10−19 C ; s LACONSTANTEDE"OLTZMANN k, est égale à 1,380 649 × 10−23 J/K ; s LACONSTANTED!VOGADRO NA, est égale à 6,022 140 76 × 1023 mol−1 ; s LEFlCACITÏLUMINEUSEDUNRAYONNEMENTMONOCHROMATIQUEDEFRÏQUENCE˜12 Hz, Kcd, est égale à 683 lm/W, d d où les unités hertz, joule, coulomb, lumen et watt, qui ont respectivement pour symbole Hz, J, C, lm et W, sont reliées aux unités seconde, mètre, kilogramme, ampère, kelvin, mole et candela, qui ont respectivement pour symbole s, m, kg, A, K, mol et cd, selon les relations : Hz = s–1 , J = m2 kg s– 2 , C = A s, lm = cd m2 m –2 = cd sr, et W = m2 kg s–3 . Figure 1 : Les sept unités fondamentales du nouveau SI et les sept constantes de la physique qui leur sont principalement rattachées. Source : BIPM. Encadré 1 : Extrait du projet de résolution soumis à la 26e Conférence générale des poids et mesures qui se tiendra au Palais des Congrès de Versailles du 13 au 18 novembre 2018. Photo 2 : Le kilogramme étalon au Pavillon de Breteuil. Crédit : BIPM. Figure 2 : Le kilogramme, défini à partir des trois constantes j, c et 6i. Source : BIPM.