Kilogramme

Le kilogramme est l'unité de masse dans le Système international d'unités.

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  • ... Le kilogramme est l'unité de masse ; il est égal à la masse du prototype... 0000 000 000 000 000 000 000 001 = 10-24, yocto, y... (source : spc.ac-aix-marseille)
  • Le kilogramme est la masse d'un cylindre étalon en platine iridié déposé au... 000 000 001 1012 0000 000 001 lO-9 kg hg dag g dg cg mg Pg ou y "g Pg Unités... (source : books.google)

Le kilogramme (symbole kg) est l'unité de masse dans le Système international d'unités (SI) [1].

Historique

Le gramme a été introduit lors de l'unification des mesures régionales décidée au cours de la Révolution française par la loi du 18 germinal an III (7 avril 1795), art. VI ds Bulletin des lois, 1re série, no 135. C'est un des éléments de la triade «longueur-masse-volume» : décimètre- (kilo) gramme-litre de cette unification.

Le gramme était originellement défini comme la masse d'un centimètre cube d'eau à la température de 4 °C, qui correspond à un maximum de masse volumique.

Le 22 juin 1799, un étalon en platine d'un kilogramme (nom originel, le grave), soit la masse d'un décimètre cube d'eau, fut déposé (ainsi qu'un étalon du mètre) aux Archives de France, grâce aux qui ont précédé travaux de divers savants, surtout Lavoisier (guillotiné en 1794).

Cet étalon devint par définition la représentation du kilogramme (mille grammes) par la loi du 10 décembre 1799.

Ce n'est qu'en 1875, cependant, que l'unité de masse fut redéfinie comme «kilogramme», qui devint ainsi l'unique unité du SI incluant un préfixe multiplicateur[2].

Un nouvel étalon en platine iridié de masse quasiment semblable au Kilogramme des Archives devait être réalisé dès 1875, mais la coulée fut rejetée car la proportion d'iridium, 11, 1 %, se trouvait en dehors des 9 - 11 % spécifiés. Ce n'est qu'en 1889 que le Kilogramme des Archives fut remplacé par le prototype international du kilogramme, conservé depuis cette date au pavillon de Breteuil.

Définitions

Définition actuelle

Vue d'artiste de l'étalon kilogramme en platine iridié.

Le kilogramme est aujourd'hui défini comme la masse d'un cylindre en platine iridié (90 % platine et 10 % iridium) de 39, 17 mm de diamètre et 39, 17 mm de haut[3] déclaré unité SI de masse depuis 1889 par le Bureau international des poids et mesures (BIPM) [1].

Cette unité de mesure est la dernière du SI à être définie au moyen d'un étalon matériel fabriqué par l'homme, c'est-à-dire un artefact. Ce dernier est conservé sous trois cloches de verre scellées dont il n'est extrait que pour réaliser des étalonnages (opération qui n'a eu lieu que trois fois depuis sa création).

Malgré ces précautions, la masse du prototype a déjà varié de quelques microgrammes.

Selon James Clerk Maxwell (1831 - 1879)  :

«Même si le repère cylindrique du kilogramme est abrité dans un coffre spécial, dans des conditions contrôlées au BIPM, sa masse peut dériver un peu au fil des ans et il est sujet à des modifications de masse à cause de la contamination, la perte de matériau de surface par nettoyage, ou d'autres effets. Une propriété de la nature est , par définition, toujours la même et peut en principe être mesurée n'importe où, tandis que le kilogramme est accessible seulement au BIPM et pourrait être endommagé ou détruit.»

Propositions de futures définitions

Sphère monocristalline d'un kilogramme de Silicium du Projet Avogadro à l'Australian Centre for Precision Optics[4].

Afin d'assurer la stabilité à long terme du dispositif international d'unités, la 21e Conférence générale des poids et mesures, en 2000[5], a recommandé que «les laboratoires nationaux poursuivent leurs efforts pour affiner les expériences qui relient l'unité de masse à des constantes principales ou atomiques et qui pourraient, dans l'avenir, servir de base à une nouvelle définition du kilogramme.»

Depuis que le SI a défini les valeurs des constantes de Josephson (CIPM (1988) Recommandation 1, PV 56; 19) et von Klitzing (CIPM (1988), Recommandation 2, PV 56; 20), il est envisageable de combiner ces valeurs (KJ ≡ 4, 835 979×10+14 Hz/V et RK ≡ 2, 581 280 7×10+4 Ω) avec la définition de l'ampère pour définir le kilogramme comme ceci :

«Le kilogramme est la masse qui subirait une accélération d'exactement 2×10-7 m/s2 quand elle est soumise à la force par mètre entre deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur illimitée, de section circulaire négligeable, positionnés à une distance d'un mètre l'un de l'autre dans le vide, ainsi qu'à travers desquels passe un courant électrique constant de précisément 624 150 962 915 265×1018 charges élémentaires par seconde.»

Ces unités sont aussi utilisées en physique relativiste comme unités d'énergie (via la relation E=mc2).

Il est envisageable que, lors de la prochaine convention du BIPM, le gramme soit défini comme unité dérivée, et la valeur de la constante de Planck (h) soit figée à : 6, 62606901×10-34 J·s.

Cela dépendra de la précision perfectionnée de la balance du watt et de sa concordance avec la précision perfectionnée de la mesure de la masse d'une mole de silicium particulièrement pur, ce qui dépend de la précision du mètre «rayons X», qui pourra se perfectionner via les travaux du physicien Theodor W. Hänsch[6], [7].

Une autre approche serait de se baser sur le poids d'un nombre défini d'atomes. Ce décompte n'est pas simple et pourrait être simplifié dans le cas d'un cristal pur donnant la possibilité d'ainsi de connaître le nombre d'atomes par unité de volume. Des tentatives en ce sens ont été faites grâce à la fabrication d'une sphère (assez facile à usiner) de silicium, en tenant compte de la proportion des différents isotopes. La précision ainsi obtenue est de 3 sur 10 millions. Une boule de silicium 28 pourrait atteindre une précision de 2 pour 100 millions à l'horizon 2010[8].

Une toute nouvelle définition du kilogramme a été proposée récemment :

«Le kilogramme vaut précisément la masse de : 5, 018451491671326975321×1025 atomes de carbone 12.»

Multiples, sous-multiples et autres unités

multiples actuels : Préfixes du dispositif international d'unités.

Comme l'unité de base «kilogramme» comporte déjà un préfixe, les préfixes SI sont ajoutés par exception au mot «gramme» ou à son symbole g, quoique le gramme ne soit qu'un sous-multiple du kilogramme (1 g = 10-3 kg).

Par exemple :

Dans les anciens livres, seuls les multiples et sous-multiples du kilogramme sont utilisés :

Dans la pratique, seuls les multiples du kilogramme sont utilisés :

Correspondance entre les multiples du kilogramme du dispositif international d'unités
kg Mg Gg Tg Pg Eg Zg Yg
kg 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18 10−21
Mg 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18
Gg 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15
Tg 109 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12
Pg 1012 109 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9
Eg 1015 1012 109 106 1 000 1 0, 001 10−6
Zg 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0, 001
Yg 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 1

Dans la pratique, seuls les sous-multiples du kilogramme sont utilisés (les unités en italiques sont peu usitées)  :

Correspondance entre les sous-multiples du kilogramme du dispositif international d'unités
yg zg ag fg pg ng µg mg cg dg g dag hg kg
yg 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18 10−21 10−22 10−23 10−24 10−25 10−26 10−27
zg 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15 10−18 10−19 10−20 10−21 10−22 10−23 10−24
ag 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−15 10−16 10−17 10−18 10−19 10−20 10−21
fg 109 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−12 10−13 10−14 10−15 10−16 10−17 10−18
pg 1012 109 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−9 10−10 10−11 10−12 10−13 10−14 10−15
ng 1015 1012 109 106 1 000 1 0, 001 10−6 10−7 10−8 10−9 10−10 10−11 10−12
µg 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0, 001 10−4 10−5 10−6 10−7 10−8 10−9
mg 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0, 1 0, 01 0, 001 10−4 10−5 10−6
cg 1022 1019 1016 1013 1010 107 104 10 1 0, 1 0, 01 0, 001 10−4 10−5
dg 1023 1020 1017 1014 1011 108 105 100 10 1 0, 1 0, 01 0, 001 10−4
g 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 100 10 1 0, 1 0, 01 0, 001
dag 1025 1022 1019 1016 1013 1010 107 104 1 000 100 10 1 0, 1 0, 01
hg 1026 1023 1020 1017 1014 1011 108 105 104 1 000 100 10 1 0, 1
kg 1027 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 105 104 1 000 100 10 1
Article détaillé : Préfixe du dispositif international.

On utilise aussi des noms d'unités anciennes, mais arrondies à des valeurs «exactes»

À ne pas confondre avec

le quintal français ancien : 48, 951 kg à peu près ou avec

le quintal court d'Amérique du Nord : 45, 359 kg à peu près ou avec

le quintal long du dispositif impérial anglais : 50, 802 kg à peu près.

Correspondance entre le kilogramme et les anciennes unités «métrisées»
livre kilogramme quintal métrique tonne
livre 1 0, 453 592 37 0, 005 5×10-4
grave 2 1 0, 01 0, 001
kilogramme 2 1 0, 01 0, 001
quintal métrique 200 100 1 0, 1
tonne 2 000 1 000 10 1

Les unités anglo-saxonnes sont assez beaucoup utilisées de par le monde. On utilise fréquemment les unités du dispositif avoirdupois (av), et , occasionnellement spécifiques, les unités du dispositif troy (t)  : médicaments et métaux précieux.

La table ci-dessous indique les correspondances entre les unités ; les valeurs en italiques indiquent les croisements entre les dispositifs anglo-saxons.

Correspondance avec les unités anglo-saxonnes (valeurs arrondies)
g oz av oz t lb t lb av kg
g 1 0, 035 3 0, 032 2 0, 002 68 0, 002 20 0, 001
oz av 28, 3 1 0, 911 0, 076 0 0, 062 5 (1⁄16) 0, 0283
oz t 31, 1 1, 097 1 0, 083 3 (1⁄12) 0, 068 6 0, 031 1
lb t 373 13, 2 12 1 0, 823 0, 373
lb av 454 16 14, 6 1, 22 1 0, 454
kg 1 000 35, 3 32, 2 2, 68 2, 20 1

Le carat est une autre unité de masse.

Notes et références

  1. «Unité de masse (kilogramme)», sur le site du BIPM, bipm. org.
  2. «Le kilogramme», sur le site du BIPM, bipm. org.
  3. (en) T. J. Quinn, «New Techniques in the Manufacture of Platinum-Iridium Mass Standards», dans Platinum Metals Rev. , vol.  30, (2), 74-79, 1986, p.  74-79 [ [pdf]texte intégral (page consultée le décembre 2009)  ] .
  4. (en) Australian Centre for Precision Optics (CSIRO).
  5. 8e édition de la brochure sur le SI du BIPM, p.  76 [pdf].
  6. (en) «NIST Improves Accuracy of ‘Watt Balance'Method for Defining the Kilogram», sur le site nist. gov.
  7. (en) «Replace Kilogram Artifact Now With Definition Based on Nature, Experts Say», sur le site nist. gov.
  8. Ian Robinson, Redéfinir le kilogramme, Pour la Science, mars 2007, p.  68-74.

Voir aussi

Liens externes

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