N° 252 - Recherche et Technologie

Athena 252 / Juin 2009
Métrologie
Pour une uniformité
mondiale des mesures
S
itué au pavillon de Breteuil (à Sèvres, dans le
parc de Saint-Cloud, près de Paris) où il jouit
d'un statut extraterritorial, le Bureau international des poids et mesures (BIPM) a pour
mission d'assurer l'uniformité mondiale des mesures et leur traçabilité au Système
international d'unités (SI).
Il travaille sous l'autorité de la Convention du mètre, qui est un traité diplomatique
conclu entre cinquante et une nations. Il exerce son activité avec l'aide d'un certain
nombre de comités consultatifs, dont les membres sont des laboratoires nationaux de
métrologie des États membres de la Convention du mètre, et par son travail de laboratoire.
Le BIPM effectue des recherches liées à la métrologie. Il organise ou participe à des
comparaisons internationales d'étalons nationaux de mesure et effectue des étalonnages
pour les États membres. Il a aussi pour mission de maintenir le Temps atomique
international (TAI) et le Temps universel coordonné (UTC), qui sont les échelles de
temps à partir desquelles les fréquences de référence et les signaux horaires sont disséminés
de manière coordonnée dans le monde.
Les autres organismes de référence sont la Conférence générale des poids et mesures
(CGPM) et le Comité international des poids et mesures (CIPM).
Depuis le début du siècle dernier, les mesures
sont passées à de nouvelles échelles. Nécessitant
toujours plus de précision, elles ont effectué
un bond prodigieux dans les échelles microscopiques
et macroscopiques.
D’emblée, le secteur de la recherche fondamentale,
par ses incursions dans l’infiniment grand,
l’infiniment petit et l’infiniment complexe,
offre des illustrations impressionnantes des progrès
qu’il a fallu réaliser, aussi bien dans la
mesure de phénomènes lointains - en astrophysique,
cela veut aussi dire loin dans le passé -
que dans celle d’entités jusque-là seulement
imaginées. C’est le cas avec la traque du boson
de Higgs ou des composantes de la mystérieuse
matière noire. La physique des particules fournit
par ailleurs, avec la violation de parité dans
l’interaction faible, à la fois l’exemple d’une
mesure étonnamment précise et celui de l’utilisation
d’une bizarrerie de la nature pour la
mesure d’un autre sujet d’intérêt, le proton.
Les mesures de l’extrême
Les sciences de la Terre et de l’environnement
ne sont pas en reste, qui offrent de magnifiques
exemples de la mesure indirecte des températures
du passé et de l’étude des phénomènes
atmosphériques à grande échelle grâce aux
infrasons. Dans le premier cas, les sciences
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nucléaires fournissent un irremplaçable «thermomètre
isotopique». Quant à l’énergie nucléaire
de fission, le recours à des mesures de l’extrême
y est monnaie courante. Ce sont des spécialistes
de l’énergie nucléaire qui contribuent à
améliorer sans cesse l’acuité des microscopes
optiques afin de scruter les «verres nucléaires»
ou qui participent, forts de leur expérience des
mesures en conditions sévères sous rayonnements,
au développement d’une méthode qui
permettra d’analyser des roches «doublement à
distance»: sur Mars et à plusieurs mètres du
robot qui la mettra en œuvre.
Dans un autre domaine, la convergence des biotechnologies
et des technologies de l’information
ouvre des perspectives de diagnostic et de
thérapie personnalisées pour chaque patient. La
performance de la détection de la molécule ou
du récepteur unique se retrouve dans la mesure
de traces d’explosifs ou de gaz toxiques dans
l’environnement, notamment pour la sécurité
des citoyens. La santé et la sécurité de l’homme
profitent au premier chef des progrès de la
mesure. Juste retour des choses puisque, comme
l’a dit en substance le sophiste grec Protagoras
(Abdère, 485-411 Av. J.-C.) «l’homme est
la mesure de toute chose».
Le kilo menacé ?
La métrologie est la science de la mesure et la
première chose que sait le métrologue, c’est…
qu’il n’existe pas de mesures exactes. Même la
masse du kilogramme étalon déposé au Bureau
international des poids et mesures (BIPM) varie
- et avec lui tous les autres étalons du kilogramme
dans le monde - car le kilo est la seule
unité de mesure à encore reposer sur un objet
physique, un cylindre de platine iridié mesurant
39 mm de diamètre et 39 mm de longueur dont
le poids est celui d’un décimètre cube d’eau
pure à 0 °C.
Appelé le K, le prototype international du kilogramme
constitue l’unique référence internationale
depuis 1889 et ses copies, disséminées à
travers le monde, servent à étalonner tous les
instruments de mesure du poids. Le problème,
c’est que le poids de ces étalons a varié et, à de
rares exceptions près, il semble qu’ils grossissent
avec l’âge. C’est ainsi que lors de la campagne
de comparaison entre le K et ses copies,
au milieu des années 90, on s’est aperçu que le
prototype espagnol avait pris 56 microgrammes,
le russe en avait pris 32 et le norvégien 49.
Par contre, l’anglais avait maigri de 17 microgrammes.
Le K réalise donc la performance de
modifier sa masse sans changer de poids
puisque par définition, il pèse et pèsera ad vitam
aeternam un kilo !