Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le Système international d'unités (SI) qui a été adopté par la Conférence générale des poids et mesures en 1960 est l'aboutissement de plusieurs dizaines d'années de recherche fructueuses dans l'établissement d'un système logique d'unités de mesures. Le SI a été conçu afin que, en principe, chaque mesure d'une grandeur physique ou chimique puisse être exprimée par un nombre associé à une unité spécifique. Toute grandeur peut être exprimée par une combinaison de sept unités de base connues comme les unités de base du SI. Les définitions de ces sept unités de base sont présentées avec une courte description de la manière dont elles sont réalisées en pratique. De plus le cas particulier des unités pour les rayonnements ionisants est présenté ainsi que le principe des chaînes d'étalonnage.
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The International System of Units (SI) adopted by the “Conférence générale des poids et mesures” in 1960 is the outcome of several decades of fruitful research in the setting-up of a consistent system of measurement units. The SI was designed so that in principle, any measurement of a physical or chemical quantity can be expressed as a number in some specified unit. Any quantity can be expressed by a combination of the seven base units of the SI. The definitions of the seven base units are presented with a short description of how they are used in practice. In addition, the particular case of units for ionizing radiation is presented, together with the principle of calibration chains.
Auteur(s)
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Maguelonne CHAMBON : Directrice de la recherche scientifique et technologique, LNE, Paris, France
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Bruno CHAUVENET : ., ancien responsable du LNE-LNHB/CEA, Gif sur Yvette, France
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Richard DAVIS : ., ancien responsable du département des masses, BIPM, Sèvres, France
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Jimmy DUBARD : Responsable de département photonique, LNE-LCM, Trappes, France
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Françoise LE FRIOUS : Chargée de programme R&D, LNE, Trappes, France
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Mohamed SADLI : Responsable du pôle de métrologie thermique au LNE-LCM/CNAM, Saint-Denis, France
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Sophie VASLIN-REIMANN : Responsable du pôle chimie-biologie, LNE, Paris, France
-
Jean-Pierre WALLERAND : Chercheur au LNE-LCM/CNAM, Paris, France
INTRODUCTION
En métrologie, un étalon réalise la définition d’une grandeur pour une valeur déterminée dans un système cohérent d’unités et avec une incertitude de mesure associée. Il peut être un système de mesure, une mesure matérialisée ou un matériau de référence. L’étalon sert de référence pour l’obtention des valeurs mesurées et des incertitudes de mesure. Il permet de contrôler l’exactitude des résultats donnés par un appareil de mesure ou d’étalonner l’appareil. L’exactitude d’un résultat de mesure est l’étroitesse de l’accord entre la valeur mesurée et la valeur vraie de la grandeur mesurée.
La valeur d’un étalon primaire est obtenue sans se référer à un étalon d’une grandeur de même nature mais il peut se référer à des étalons d’autres grandeurs. Par exemple, une balance de pression, étalon primaire pour la pression, peut être traçable au mètre, par des mesures de surfaces mais pas par rapport à un autre étalon de pression.
Les origines du Système international d’unités (SI) remontent au XVIIIe siècle, avec la création du système métrique décimal qui donna une première base d’uniformisation des unités de mesure. Avec les évolutions scientifiques et technologiques, particulièrement à la fin du XIXe siècle et tout au long du XXe, un nombre important de chercheurs ont essayé de définir les unités de mesure à partir de constantes physiques de la nature, par essence plus universelles que celles issues de réalisations pratiques (comme le point triple de l’eau) ou d’artefacts matériels (tel que le prototype international du kilogramme étalon).
Cependant, même si la précision des unités ne cessait de s’améliorer, dans le cadre du SI, certaines définitions d’unités restaient difficilement réalisables voire impossibles à mettre en œuvre (l’ampère par exemple).
Tous ces éléments ont conduit la communauté des métrologues à réfléchir à de nouvelles définitions des unités de mesure, fondées sur des constantes physiques. Entre 1967 et 1983, trois unités (la seconde, la candela et le mètre) ont été redéfinies par rapport à une constante physique. Puis, d’autres travaux de recherche menés sur plusieurs décennies à travers le monde ont permis cette nouvelle « révolution » de 2018, où le kilogramme, l’ampère, le kelvin et la mole se basent désormais également sur des constantes physiques de la nature. Ainsi les sept unités de base du SI ont été transformées, ouvrant de nouvelles perspectives pour accompagner les progrès technologiques. Après les évolutions du SI et sa dernière édition de 2018, l’article présente les principaux étalons primaires de mesure réalisés pour les grandeurs physiques et chimiques, en suivant l’ordre de définition des unités de base du SI.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
Reference measurement standard | base quantity | primary measurement standard | International System of Units (SI)
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1990 par Pierre GIACOMO
- Version archivée 2 de mars 2015 par Terry QUINN, Luc ERARD, Yves HERMIER, Jimmy DUBARD, Bruno CHAUVENET, Georges FAVRE, Richard DAVIS, Philip TUCKEY, Jean-Pierre WALLERAND
DOI (Digital Object Identifier)
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Sigles, notations et symboles
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10. Chaînes d’étalonnage
Au niveau international, les décisions concernant le Système international d’unités (SI) et les recommandations concernant la réalisation des étalons primaires et la mise en pratique du SI sont prises par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM). Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) est en charge de coordonner et mettre en œuvre les actions définies par le Comité international des poids et mesures (CIPM) et la CGPM, et d’organiser les comparaisons inter-laboratoires au plus haut niveau (dites comparaisons clés). Par ailleurs, une des spécificités du BIPM est de réaliser le temps atomique international (TAI) à partir d’horloges de laboratoires nationaux de métrologie et de mettre à disposition des utilisateurs le TAI.
Le principe fondamental de la traçabilité (figure 26) consiste à relier la mesure « prise dans le sens le plus général » à des étalons appropriés. La plupart des pays industrialisés ont de ce fait mis en place des chaînes d’étalonnage qui assurent cette fonction, au moins pour les besoins en mesure les plus exacts, pour les instruments qui sont considérés comme étalons de référence ou pour ceux qui contribuent à garantir la qualité d’un produit ou d’un résultat d’essai. Ces chaînes d’étalonnage s’appuient, au plus haut niveau, sur un ou plusieurs laboratoires nationaux de métrologie (ou National Metrology Institutes (NMI) en anglais) dont les missions principales sont de réaliser, d’améliorer et de conserver les références nationales. Celles-ci sont, en principe, directement réalisées par rapport aux définitions du Système international d’unités.
Pour certaines grandeurs, les réalisations des références nationales peuvent être effectuées dans des laboratoires désignés (Designated Institutes (DI)) qui ont délégation, pour cette activité, de l’organisme national gérant la métrologie (le CETIAT pour l’hygrométrie en France, le NEL pour la débitmétrie gazeuse au Royaume-Uni, l’ENEA pour les rayonnements ionisants en Italie, par exemple).
Les laboratoires nationaux de métrologie, et les laboratoires désignés, sont responsables, dans leurs services d’étalonnage, de la diffusion des unités de mesure aux utilisateurs qui peuvent être des scientifiques, des laboratoires de recherche, des industries ou de tout organisme d’évaluation...
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Chaînes d’étalonnage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - - - CR 17e CGPM p. 97 (1983).
-
(2) - EVENSON (K.M.), WELLS (J.S.), PETERSEN (F.R.), DANIELSON (B.L.), DAY (G.W.) - Appl. Phys. - Lett., 22, 192 (1973).
-
(3) - JONES (D.J.), DIDDAMS (S.A.), RANKA (J.K.), STENTZ (A.), WINDELER (R.S.), HALL (J.L.), CUNDIFF (S.T.) - - Science, 288, 635 (2000).
-
(4) - - - CR 1re CGPM, p. 38 (1889).
-
(5) - - - CR 7e CGPM, p. 49 (1927).
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(6) - Travaux et Mémoires du Bureau International des Poids et Mesures - 11 237 p. (1895).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Refroidissement des atomes – Horloges et senseurs inertiels.
-
Stabilité temporelle et fréquentielle des oscillateurs : outils d’analyse.
-
Génération d’impulsions lasers utltracourtes jusqu’à la fentoseconde.
Documents du BIPM :
BIPM, Valeurs recommandées de fréquences étalons
http://www.bipm.org/fr/publications/mep.html
BIPM, Recommendation S 2 (CCDS, 1970) Definition of TAI
http://www.bipm.org/en/committees/cc/cctf/ccds-1970.html
BIPM, FTP server of the Time Department
http://www.bipm.org/en/scientific/tai/ftp_server/publication.html
Ce site donne accès à la Circulaire T et à des informations complémentaires concernant UTC, ainsi qu’au résultats de UTCr, et à TT (BIPM) (ftp://tai.bipm.org/TFG/TT%28BIPM%29/).
BIPM, L’Arrangement de reconnaissance mutuelle (CIPM MRA)
http://www.bipm.org/fr/cipm-mra/
BIPM, Le système international d’unités – 9e édition. Annexe 2 – Réalisation pratique des principales unités
https://www.bipm.org/fr/publications/si-brochure
AutresLNE-SYRTE, Références Nationales de Temps, http://syrte.obspm.fr/tfc/temps/rnt.php. Donne des informations sur les références nationales, y compris le Bulletin H
http://syrte.obspm.fr/tfc/temps/outgoing_data/laboTAF/bulH/liste_bulh.php...
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