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Les chercheurs internationaux sont en bonne voie pour donner une nouvelle définition au kilogramme. Le nouvel étalon pourrait devenir une boule de silicium pur (isotope 28 ) qui remplacerait l'actuel kilogramme-étalon élaboré en 1889 et stocké près de Paris. Afin de mesurer avec exactitude le poids de cette nouvelle boule, le Centre Laser d'Hanovre (Laser Zentrum Hannover e.V. LZH) a été chargé de placer des marqueurs sur sa surface.
L'inconvénient d'un kilogramme étalon conservé pendant plusieurs décennies est que l'étalon peut être sensible à l'érosion s'il est transporté ou exposé dans un milieu perturbant : il perd alors peu à peu sa masse par friction, par perte de ses atomes.
Pour définir le kilogramme, il faut une certaine quantité de matière, laquelle dépend d'une autre définition : la masse atomique de l'isotope et le nombre d'Avogadro.
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Le diamètre de la boule est de 9,36 cm et elle est d'une pureté encore jamais égalée. Composée à 99,99% de silicium (isotope 28 ), sa structure reste quasiment parfaite. En mesurant le rayon à différents endroits à partir du centre de la boule vers la surface, l'écart de mesure ne dépasse jamais 30 nm. Si la Terre était aussi lisse que cette boule, le point le plus haut de la planète, le Mont Everest, ne mesurerait pas plus de 1,82 m.
Pour pouvoir définir le kg-étalon, il faudra définir la nature des impuretés qui constituent 0,01% de la boule.
Le kg-étalon nouvellement défini par cette boule de silicium aura nécessairement une erreur relative dans sa mesure. Il y aura donc une incertitude dans la masse : 1 kg, plus ou moins X kg.
Cette incertitude relative s'explique par le fait que d'autres unités qui dépendent du kg étalon ont elles-mêmes une incertitude relative : c'est le cas du nombre d'Avogadro, de la masse moyenne d'une mole de l'isotope 28 du silicium (où Avogadro est défini à partir de la masse moyenne de l'isotope 12 du carbone), et aussi de 0,01% d'impuretés dans la boule, puis aussi l'amplitude de 30 nm sur la surface.
En conséquence, le kg-étalon ne sera pas parfaitement précis. De plus, la masse volumique de la boule varie selon la température, donc la boule se dilate bien au-delà des 30 nm quand la température s'élève de seulement 1°C. Il faudra donc définir le kg étalon par rapport à une température de référence : en général c'est 25°C (298 K).
Vérification : 9.36 cm de diamètre ça donne 4.68 cm de rayon (0.0468 mètre), soit un volume sphérique de 0.000429364534 mètre cube. Ce volume pèse donc 1 kg...
On calcule la masse volumique :
1kg divisé par 0.000429364534 m^3 = 2 329.02329 kg/m^3
D'après des données indépendantes, la masse volumique du silicium est de 2330 kg/m^3 à 20°C.
Donc le diamètre de la boule est une valeur cohérente.
1 kg d'isotope 28 = 35.7142857 moles de silicium 28.
Cette quantité correspond à un nombre d'atomes égal à 2.15076492 × 10^25 avec une incertitude de 1.1 * 10^18.
Jeu 24 Juil - 8:03
