En novembre 2018, la communauté mondiale de métrologie a convenu d’une révision du Système international d’unités (SI) pendant la Conférence générale des poids et mesures du Bureau international des poids et mesures (BIPM) à Versailles. À l’unanimité, les 60 pays présents se sont mis d’accord pour ajuster le SI afin qu’il soit entièrement basé sur des propriétés immuables de la nature ; un rêve vieux de 150 ans pour la communauté scientifique.
À partir de la Journée mondiale de la métrologie 2019 (le 20 mai), pour la première fois, les sept unités de base du SI ont été définies en termes de constantes de la nature, ou constantes techniques. Ceci offre une constante fondamentale dont les valeurs numériques sont fixes et ne varient pas pour chacune des unités de base. Pour la température, cela signifie que la constante de Boltzmann remplace le point triple de l’eau pour définir la mesure physique.
Avant 2018, les mesures déterminantes pour la température et la masse devaient être tangibles. Pour la température, il s’agissait du point triple de l’eau, et pour le kilogramme, de la masse de métal communément appelée Le Grand K. Dans la définition originale de 1793, le kilogramme était défini comme un litre d’eau, et le mètre était défini comme un dix-millionième de la distance entre le pôle Nord et l’équateur. Chacune des unités de base disposait d’un élément physique auquel le comparer, comme par exemple une masse de métal pour le kilogramme. Ces objets s’usent ou se dégradent au fil du temps, créant ainsi de moins en moins de mesures précises. En outre, ces objets n’étaient pas disponibles pour que tout le monde puisse les comparer, entraînant donc plus de possibilités d’erreurs.
Dans un monde où tant de choses dépendent de mesures précises, le nouveau système supprime la dépendance à l’égard d’objets physiques pour plus de précision. Le SI révisé s’appuie sur des constantes de la science physique qui ne changent pas au fil du temps et qui pourraient véritablement être accessibles à tous.
Que devriez-vous faire pour rester au fait des changements du SI ?
En bref, rien pour l’instant. Actuellement, il n’existe aucun dispositif capable de lier la constante de Boltzmann à la température aussi précisément qu’un point fixe, alors n’éliminez pas encore vos points fixes.
Pour le professionnel de l’étalonnage de la température moyen, l’objectif est de finir par s’éloigner d’un thermomètre à résistance de platine standard (SPRT) avec lequel la température est mesurée en points fixes. Finalement, l’étalonnage de la température sera réalisé avec un dispositif tel qu’un thermomètre photonique ou un thermomètre acoustique de Johnson basé sur la mécanique quantique.
Mais, pour l’instant, ce qu’il faut retenir, c’est de continuer à faire ce que vous faites en matière d’étalonnage de la température : rien ne change, pour l’instant. Les points fixes restent aux mêmes températures, l’ITS-90 ne change pas, et nous continuerons à utiliser des SPRT pour mesurer la température.
De meilleures incertitudes seront développées. Cela peut prendre 20 ans avant qu’un dispositif capable de lier la constante de Boltzmann à la température plus précisément qu’un point fixe puisse être commercialisé, mais restez à l‘écoute car cela arrivera. Participer à des conférences sur la température telles que TEMPMEKO est une façon de rester à jour. TEMPMEKO est organisée tous les trois ans ; la dernière a été organisée en 2019 avec la prochaine prévue à l’origine pour 2022, mais elle a été retardée.
Redéfinition du SI et montée en puissance de la thermométrie quantique photonique et de la thermométrie acoustique de Johnson
L’avenir de l’étalonnage de la température, prévisions de Frank Liebmann
À l’avenir, la manière dont le Kelvin sera configuré dans les laboratoires d’étalonnage est susceptible de changer. Les points fixes actuellement utilisés seront remplacés par un dispositif qui lie plus précisément la constante de Boltzmann à notre travail, peut-être un dispositif quantique ou un thermomètre acoustique de Johnson.
- Un thermomètre photonique utilise généralement des lasers et verrouille un laser sur une certaine longueur d’onde de la lumière en fonction de ce que fait le thermomètre physiquement à une certaine température.
- Un thermomètre acoustique de Johnson utilise le bruit électrique pour prendre le point central (du bruit) et le compare à la fréquence pour déterminer la température.
Le BIPM s’efforce de définir plus de points fixes pour des températures plus élevées. Nos futurs laboratoires feront voir le jour à la nouvelle gamme de points fixes actuellement en cours de conception, appelée les eutectiques. Les eutectiques, ou mélange eutectique, sont un ensemble de substances qui fondent l’une dans l’autre sous forme liquide à une température unique inférieure aux points de fusion des substances distinctes ou de tout autre mélange de celles-ci. Actuellement, les points fixes les plus élevés sont l’or et le cuivre, qui chauffent à près de 1 100 °C.
Les eutectiques offriront aux métrologues et aux techniciens une meilleure traçabilité des températures supérieures au point de cuivre, qui est de 1 084,62 °C. Les scientifiques travaillent pour prouver l’efficacité des eutectiques en utilisant la thermométrie par rayonnement ; en utilisant un calibrateur à corps noir, fonctionnant sur un principe similaire aux calibrateurs infrarouges de précision Fluke Calibration 4180/4181, sauf qu’il est constitué d’un corps noir à cavité au lieu d’une plaque plate, ainsi que l’eutectique et en le comparant au triple point argent du cuivre, de l’aluminium, de l’argent, du zinc et/ou de l’or. Une fois cette nouvelle gamme définie, elle fera une grande différence pour l’étalonnage du thermocouple.
Dans le monde des thermocouples, différentes combinaisons de fils sont également examinées. Il s’agit de déterminer s’ils peuvent être utilisés pour réaliser des mesures de température plus élevées. Avant que ces nouvelles combinaisons ne puissent être utilisées dans nos laboratoires d’étalonnage, nous devons également comprendre comment étalonner ces nouveaux thermocouples, cette avancée est donc probablement encore très lointaine.
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