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Sur la révision à venir du SI

Lors de sa 25e réunion (novembre 2014), la CGPM a adopté une Résolution sur la révision à venir du Système international d'unités, le SI. Cette Résolution fait suite à la Résolution 1 adoptée par la CGPM en 2011 qui prenait acte de l'intention du CIPM de proposer une révision du SI et établissait une feuille de route détaillée pour la mise en œuvre des futurs changements.

Dans le nouvel SI, quatre des sept unités de base du SI – à savoir le kilogramme, l'ampère, le kelvin et la mole – seront redéfinies en s'appuyant sur des constantes de la nature ; les nouvelles définitions seront établies à partir des valeurs numériques fixées de la constante de Planck (h), de la charge élémentaire (e), de la constante de Boltzmann (k) et de la constante d'Avogadro (NA), respectivement. De plus, les définitions des sept unités de base du SI seront toutes exprimées de façon uniforme à l'aide d'une formulation dite « à constante explicite » et des mises en pratique spécifiques seront élaborées afin d'expliquer comment réaliser pratiquement la définition de chacune des unités de base.


Dans le nouvel SI, les unités sont définies à partir d'un ensemble de sept constantes de référence, qui seront dénommées « constantes de définition du SI », à savoir la fréquence de la transition hyperfine du césium, la vitesse de la lumière dans le vide, la constante de Planck, la charge élémentaire (c'est-à-dire la charge d'un proton), la constante de Boltzmann, la constante d'Avogadro, et l'efficacité lumineuse d'une source monochromatique donnée.

Ainsi, le SI sera défini dans son ensemble de façon plus simple et fondamentale, ce qui permettra de s'abstraire de la dernière unité fondée sur un objet matériel, le prototype international du kilogramme.

En résumé, le Système international d'unités, le SI, sera le système d'unités selon lequel :

    • la fréquence de la transition hyperfine dans l'état fondamental de l'atome de césium 133 capital Deltanu(133Cs)hfs est égale à exactement 9 192 631 770 hertz,

    • la vitesse de la lumière dans le vide c est égale à exactement 299 792 458 mètres par seconde,

    • la constante de Planck h est égale à exactement 6,626 06X x 10–34 joule seconde,

    • la charge élémentaire e est égale à exactement 1,602 17X x 10–19 coulomb,

    • la constante de Boltzmann kB est égale à exactement 1,380 6X x 10–23 joule par kelvin,

    • la constante d'Avogadro NA est égale à exactement 6,022 14X x 1023 par mole,

    • l'efficacité lumineuse Kcd d'un rayonnement monochromatique de fréquence 540 x 1012 Hz est égale à exactement 683 lumens par watt,


    • 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 = s A, lm = cd m2 m–2 = cd sr, et W = m2 kg s–3,

    • le symbole X correspond à un ou plusieurs chiffres qui devront être ajoutés aux valeurs numériques de h, e, kB, and NA, selon les valeurs résultant de l'ajustement le plus récent fourni par la CODATA.

De manière alternative, le SI peut être fondé sur des formulations définissant de façon explicite les sept unités de base du SI : la seconde, le mètre, le kilogramme, l'ampère, le kelvin, la mole et la candela. Ces unités correspondent aux sept grandeurs de base que sont le temps, la longueur, la masse, le courant électrique, la température thermodynamique, la quantité de matière et l'intensité lumineuse. Toutes les autres unités du SI sont formées à partir de produits de puissances des sept unités de base, sans facteur numérique autre que 1 : elles sont appelées unités dérivées cohérentes.

Pour plus de renseignements, nous vous invitons à consulter les textes officiels des Résolutions adoptées.

Vous pouvez par ailleurs consulter les pages :

    La révision du SI permettra de garantir que celui-ci continue à répondre aux besoins de la science, de la technologie et du commerce au 21e siècle.

    Parmi les sept unités de base du SI, seul le kilogramme est encore défini à partir d'un objet matériel (artefact), à savoir le prototype international du kilogramme conservé au BIPM. Le principal inconvénient de l'actuelle définition du kilogramme est qu'elle fait référence à la masse de l'artefact dont on sait, par nature, qu'elle ne peut être absolument stable.

    click for more details about the periodic verifications

    Les résultats des comparaisons effectuées entre le prototype international et ses témoins indiquent une certaine divergence avec le temps. Le schéma présenté ci-contre montre des variations d'environ 5 × 10–8, soit 50 µg, de la masse des étalons depuis leur premier étalonnage effectué il y a plus de cent ans. Veuillez noter que ce schéma présente uniquement les variations relatives des masses des témoins par rapport à celle du prototype international du kilogramme (le zéro de l'axe y). En ce qui concerne le prototype international du kilogramme, la dérive de sa propre masse depuis 1889 ne peut être établie, bien qu'on puisse supposer qu'elle existe. L'évolution de la masse du prototype international ne peut être déterminée qu'à partir d'expériences absolues qui, jusqu'à présent, ne sont pas d'une assez grande précision.

    Toute variation non connue de l'unité de masse a également des répercussions sur les unités électriques puisque la définition de l'ampère est liée au kilogramme. De la même façon, les définitions de la mole et de la candela dépendent du kilogramme.

    À sa 21e réunion (1999), la CGPM a ainsi recommandé dans sa Résolution 7 de poursuivre les efforts entrepris pour affiner les expériences qui relient l'unité de masse à des constantes fondamentales, l'objectif étant de parvenir à une redéfinition « quantique » du kilogramme. Toute nouvelle définition devra être cohérente à quelques 10–8 avec la définition actuelle afin d'assurer la continuité des valeurs de masse.

    Quand la définition du kilogramme sera fondée sur une constante de la nature, et non plus sur un artefact, il sera possible de réaliser l'unité de masse du SI en tout lieu, à tout moment et par tout un chacun (voir également Qu'est-ce qu'une mise en pratique ?). La Résolution 1 (2011) met également en évidence les avantages suivants :

    • les incertitudes associées à l'ensemble des unités électriques du SI réalisées, directement ou indirectement, au moyen de l'effet Josephson ou de l'effet Hall quantique et à partir des valeurs dans le SI des constantes de Josephson et de von Klitzing, KJ et RK, seraient réduites de manière significative si le kilogramme était redéfini à partir d'une valeur numérique exacte de h, et si l'ampère était redéfini à partir d'une valeur numérique exacte de la charge élémentaire e ;

    • la définition actuelle du kelvin se fonde sur une propriété intrinsèque de l'eau qui, bien qu'étant une constante de la nature, dépend dans la pratique de la pureté et de la composition isotopique de l'eau utilisée ; le kelvin serait mieux défini s'il était relié à une valeur numérique exacte fixée pour la constante de Boltzmann k ;

    • le fait de redéfinir la mole à partir d'une valeur numérique exacte de la constante d'Avogadro NA aurait pour conséquence qu'elle ne dépendrait plus de la définition du kilogramme, même lorsque le kilogramme sera défini à partir d'une valeur numérique exacte de h. Ceci, de plus, mettrait en évidence la distinction entre les grandeurs « quantité de matière » et « masse » ;

    • les incertitudes liées aux valeurs d'autres constantes fondamentales et facteurs de conversion d'énergie importants seraient éliminées ou réduites de façon considérable si h, e, k et NA avaient des valeurs numériques exactes lorsqu'elles sont exprimées en unités du SI.

La feuille de route du SI décrit le calendrier envisagé pour parvenir à réviser le SI en 2018 :

L'une des dates importantes à noter est la date limite pour soumettre au CODATA Task Group on Fundamental Constants de nouvelles données afin qu'elles soient prises en considération lors de l'ajustement spécial des constantes fondamentales visant à préparer la révision du SI.
Les nouveaux résultats à inclure dans cet ajustement devront avoir été acceptés pour publication au 1er juillet 2017.

Afin d'encourager la communication sur la révision du SI, d'en faire connaître les enjeux et de susciter le débat, le BIPM met en accès libre le document clé suivant, qui est actuellement en phase de consultation auprès des laboratoires nationaux de métrologie et du CIPM :

[Version du 10 novembre 2016]

Les Comités consultatifs du CIPM préparent des projets de mises en pratique des nouvelles définitions à venir des unités :

CCEM :
[Version 1, CCEM/09-05]
CCM :
[Version 9.0, CCM/15-02A]
CCQM :
[CCQM/16-04]
CCT :
[CCT/TEMP-10]

Ces documents ne pourront être finalisés qu'une fois que la décision de redéfinir les unités de base du SI aura été prise.


À consulter également :

Lors de sa réunion en 2014, la CGPM a encouragé :

    • les laboratoires nationaux de métrologie, le BIPM et les institutions universitaires à poursuivre leurs efforts afin de déterminer expérimentalement les valeurs des constantes de h, e, kB, et NA au niveau d'incertitude requis,

    • les laboratoires nationaux de métrologie à continuer activement à examiner et discuter de ces résultats au sein des Comités consultatifs,

    • le CIPM à continuer à planifier la mise en œuvre de la Résolution 1 adoptée par la CGPM à sa 24e réunion (2011),

    • le CIPM et ses Comités consultatifs, les laboratoires nationaux de métrologie, le BIPM, ainsi que d'autres organisations telles que l'Organisation internationale de métrologie légale (OIML), à poursuivre leurs efforts afin d'effectuer les travaux nécessaires pour que la CGPM adopte, lors de sa 26e réunion, une résolution permettant de remplacer le SI actuel par le SI révisé, sous réserve que les données obtenues, tant concernant leur nombre, les incertitudes associées ou leur niveau de cohérence, soient jugées satisfaisantes.

Pour de plus amples informations, vous pouvez consulter les pages :