Journée mondiale de la métrologie

Le 17 mai 2017— Ottawa (Ontario)

Célébrons la science des mesures!

Supposons que vous êtes un fabricant de tondeuses à gazon. Les lames de vos tondeuses sont fixées à l’appareil au moyen de boulons de dix millimètres. Une entreprise étrangère accepte de vous vendre ces boulons à un prix très concurrentiel. À la livraison, vous constatez que les boulons n’entrent pas dans les trous de dix millimètres percés dans vos tondeuses.

Dans la vraie vie, la possibilité qu’une telle situation se produise est infime, et ce n’est qu’une des nombreuses raisons pour lesquelles la Journée mondiale de la métrologie (en anglais seulement) vaut d’être célébrée.

Création du mètre (et du kilogramme, de la seconde, etc.)

La métrologie est la science des mesures et la Journée mondiale de la métrologie souligne l’anniversaire de la signature de la Convention du Mètre, aussi appelée « Traité du Mètre ». Cette convention, signée le 20 mai 1875, créait le Comité international des poids et mesures (CIPM), chargé de veiller à l’uniformité mondiale des unités de mesure.

Encore plus important, ce traité proposait également les premiers étalons internationaux du mètre et du kilogramme. Jusqu’alors, il n’existait aucun accord général, ni sur l’un ni sur l’autre. Or, en matière de systèmes de mesure, ce genre d’accord est primordial et a des retombées qui vont bien au-delà de la nécessité de s’assurer que boulons et écrous sont de la même grandeur. Tous les aspects de la vie, des médicaments que nous prenons aux règlements qui nous protègent contre l’exposition excessive à certains produits chimiques potentiellement dangereux, dépendent d’une certaine manière de mesures précises et uniformes. La métrologie est à la base des normes qui nous assurent d’obtenir précisément ce pour quoi nous payons lorsque nous faisons le plein avec votre automobile ou lorsque nous achetons des steaks en prévision de notre prochain barbecue.

Une science, vraiment?

La métrologie est très scientifique. Elle doit soutenir le rythme d’évolution de la science et de la technologie afin de faciliter leur avancement. L’étalon du mètre, par exemple, a déjà été une barre de métal conservée à Paris. Aujourd’hui, le mètre est plutôt défini en fonction de la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant un intervalle de 1/299 792 458 de seconde. Cette distance est, il ne faut pas s’en étonner, directement liée à la vitesse de la lumière qui est de 299 792 458 mètres par seconde, soit près de 300 000 kilomètres par seconde.

En fait, le kilogramme est le seul étalon de mesure qui à ce jour est encore défini au moyen d’un artéfact, appelé le « Golden K », soit un morceau d’alliage de platine et d’iridium enfermé dans un coffre-fort à Paris. Comme tous les objets physiques, sa masse n’est pas parfaitement stable et change avec le temps. Les autres unités de mesure sont aujourd’hui fondées sur des constantes fondamentales (définies par la nature et invariables), comme la vitesse de la lumière dans le cas du mètre.

Le Canada contribue à la redéfinition du kilogramme

On estime à l’heure actuelle que la communauté internationale s’entendra sur une nouvelle définition du kilogramme d’ici la fin de 2018, et le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) contribue de manière importante à cet effort.

Au CNRC, les chercheurs en métrologie utilisent une échelle ultrasensible appelée « balance du watt », ou « balance de Kibble », du nom de son inventeur Bryan Kibble, pour mesurer la force électrique nécessaire pour faire contrepoids à un objet d’une masse donnée, liant ainsi cette masse à la constante de Planck. L’unité résultante est si petite qu’il est extrêmement difficile de la mesurer avec précision, mais le CNRC y est parvenu avec une marge d’erreur inférieure à 10 parties par milliard. En clair, la balance de Kibble a « perçu » un tremblement de terre en Virginie depuis un bunker souterrain situé à Ottawa. Cette sensibilité, ainsi que les mesures et étalonnages connexes, est au nombre des facteurs qui rendent cette expérience si difficile et qui expliquent pourquoi elle est dans une large mesure considérée comme l’une des cinq expériences scientifiques les plus difficiles à réaliser à ce jour. La définition de la constante de Planck ouvre la voie à la redéfinition du kilogramme avec une précision extrême.

Au CNRC, on n’entend pas à rire avec « l’heure précise »

Les métrologues du CNRC collaborent avec le Conseil canadien des normes afin de s’assurer que toutes les mesures canadiennes sont conformes aux normes internationales. Qu’il soit question de masse, de longueur ou de temps, le CNRC effectue des mesures d’une précision qui dépasse l’entendement.

Depuis qu’ils ont conçu l’une des premières horloges atomiques en 1958, les scientifiques du CNRC ont constamment perfectionné leur travail au point où leur plus récente horloge mesure le temps avec un taux de précision comportant une marge d’erreur de trois secondes par million d’années. En d’autres termes, à ce degré de précision, si vous aviez réglé votre montre la dernière fois lorsque les dinosaures ont commencé à envahir la terre, celle-ci accuserait un écart de seulement 12 minutes environ. Les scientifiques du CNRC travaillent actuellement à l’installation d’un nouveau type d’horloge qui sera 100 fois plus précise!

Au CNRC, on ne se contente pas de demi-mesures!

La mesure extrêmement précise du temps n’est pas qu’une simple coquetterie scientifique. Cette précision est nécessaire à une multitude de technologies, allant des protocoles de commutation de réseaux qui assurent le fonctionnement d’Internet au GPS que nombre d’entre nous en sont venus à tenir pour acquis. Le GPS calcule votre position en fonction du temps nécessaire aux signaux électromagnétiques pour atteindre plusieurs satellites de géopositionnement. Comme ces signaux se déplacent à la vitesse de la lumière, les horloges qui équipent ces satellites doivent être exceptionnellement précises et coordonnées avec une grande minutie surtout lorsqu’il est question des GPS régissant la navigation des navires et des avions, car la moindre variation peut entraîner des erreurs de positionnement importantes et éventuellement dangereuses.

Une question de structure

La métrologie offre la structure sur laquelle repose le fonctionnement sûr et ordonné de notre vie moderne. Sans normes et sans mesure précise, la vie moderne pourrait devenir très chaotique. Comme nous dépendons de plus en plus de la précision et de la fiabilité du travail dont la technologie s’acquitte pour nous, le travail des métrologues, même s’il se déroule en coulisse, est omniprésent dans nos vies. Si l’on pousse un peu, on peut affirmer que sans métrologie, il serait impossible d’exécuter une recette de manière fiable ou de suivre une diète reposant sur un calcul précis des portions. Les pilotes d’avion ne pourraient jamais savoir avec certitude si leur appareil est en surcharge ou s’il se dirige dans la bonne direction. Nous n’aurions aucun moyen de savoir si nous avons atteint la limite de vitesse ou franchi le mur du son. Nous pourrions très bien nous faire reprocher d’arriver en retard à un rendez-vous même si nous avions la certitude d’être à l’heure.

Et les pièces de notre tondeuse pourraient être bien ajustées, ou non. Dans le monde de la métrologie, la taille a son importance.

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