Metallic alloys for the realization of the watt balance and secondary reference mass standards
Alliages métalliques pour l'étalon de masse de la balance du watt et des références secondaires
Résumé
The unit of mass, the kilogram, is the last base unit of the International System of Units (SI) defined by a material artefact. This definition is limited by the stability of the material that forms the international prototype. In fact, deviations that can reach 2 μg.year-1 are observed at the level of the official copies of the international prototype made of platinum iridium. In order to improve the stability of the unit of mass, several experiences began to link the kilogram to a fundamental constant. One of those programs, actually the most promising, is named "watt balance" and aims at linking mechanical measurements to electrical measurements. In this experience, a reference mass standard is necessary, but the use of the platinum iridium alloy is not conceivable. Researches are actually turned towards gold platinum alloys or other precious metals. Moreover, the dissemination of the unit of mass, from 1 g to 10 kg, is generally carried out with stainless steel mass standards. As the stability of the international prototype is not ensured, this phenomenon is strongly accentuated at the level of these secondary standards. To take advantage of the expected improvement of the conservation of the unit of mass, it is necessary to increase the stability of the secondary mass standards. The characterization of new metallic alloys and the study of their stability become then necessary.
L'unité de masse, le kilogramme, est la dernière unité de base du système international à être définie par un étalon matériel. Sa définition, datant de 1901, se trouve limitée par la stabilité du matériau formant le prototype international. Des dérives allant jusqu'à 2 μg par an sont d'ailleurs observées au niveau des copies du prototype international en platine iridié. Pour tenter d'améliorer la précision sur la détermination de l'unité de masse, différentes expériences ont débuté afin de relier le kilogramme à une constante fondamentale de la physique. L'un de ces programmes a pour nom "balance du watt"et vise à établir un lien entre des mesures mécaniques et des mesures électriques. Cette voie se présente à l'heure actuelle comme l'expérience la plus prometteuse. Dans le dispositif expérimental français, l'utilisation de l'alliage de Pt-Ir n'est pas envisageable comme étalon de masse de référence. Les recherches se sont alors orientées vers des alliages en or platiné et autres métaux précieux. En parallèle la dissémination de l'unité de masse aux multiples et sous multiples du kilogramme de 1 g à 10 kg s'effectue généralement à l'aide d'étalons en acier inoxydable. Si la stabilité de la masse du prototype international n'est pas assurée, ce phénomène est encore plus accentué au niveau de ces étalons secondaires. Pour profiter de l'amélioration attendue de la conservation de l'unité de masse, il faut améliorer la stabilité de ces étalons. La caractérisation de nouveaux alliages métalliques pour réaliser des étalons et l'étude de leur stabilité devient donc nécessaire.