Les chercheurs veulent remettre de l'ordre dans les constantes de la physique, qui déterminent les unités des poids et des mesures. Un vaste chantier pour en préciser certaines, les relier entre elles… et cela, dans la perspective d'obtenir un système simplifié d'ici à 2011.

L'une d'elles, la constante de Boltzmann, notée kB, est dans le collimateur de nos physiciens du CNRS. Cette valeur de référence en physique, permet de relier la température à l'énergie. Mais elle manque de précision. Avec de nouvelles expériences, on pourrait affiner les mesures et obtenir une meilleure exactitude de sa valeur. Aujourd'hui, c'est le point triple de l'eau, c'est-à-dire cet instant très précis où l'eau est présente simultanément sous forme gazeuse, liquide et solide, à température et pression données, qui sert de référence à la définition du zéro en degré Celsius, soit 273 kelvins. Mais cette définition est plutôt arbitraire. D'où l'idée de fixer la valeur de la constante de Boltzmann, qui relie le kelvin à l'unité d'énergie, le joule. La température pourra ainsi être déduite plus simplement à partir d'une mesure d'énergie. Mais la valeur de kB, connue à 2 • 10 – 6 près, repose sur une seule expérience, datant de 1988, et n'est pas suffisamment précise.

Voilà pourquoi plusieurs groupes de physiciens à travers le monde, dont des chercheurs du Laboratoire de physique des lasers (LPL)¹, sont actuellement à l'œuvre pour préciser cette constante. Et dans cette course à l'exactitude, le LPL vient de marquer des points, en établissant, d'après une idée de Christian Bordé, une nouvelle méthode de mesure, basée sur la spectroscopie laser. Le principe de l'expérience est d'enregistrer à l'aide d'un laser le spectre d'absorption de l'ammoniac sous forme gazeuse. La largeur de ce spectre correspond en fait à une mesure de l'énergie d'agitation thermique (agitation des molécules sous l'effet de la température). « La difficulté de ces travaux est d'avoir un contrôle très précis des paramètres (température, pression, intensité du laser) de l'expérience. Actuellement, nous en sommes à une précision de 10 –4, ce qui est un bon début pour parvenir à rendre plus exacte la valeur de cette constante », explique Christophe Daussy, chercheur au LPL. En trois ans, leur équipe a déjà gagné beaucoup de terrain sur la précision des mesures et devrait être prête pour contribuer à fixer la valeur de kB en 2011. « C'est à cette date en effet que sera réexaminée, par la Conférence internationale des poids et mesures, la définition de plusieurs unités et la valeur de quelques constantes physiques, dont kB, couramment utilisées dans les sciences », précise Christian Chardonnet, chercheur au laboratoire. Déjà, en attendant la date fatidique, un thermomètre d'une extrême précision pourrait être mis au point à partir de cette expérience.

Sonia Ruspini