Balance du watt: une nouvelle définition du kilogramme

L'étalon - donc la masse du kilogramme actuel - a fait son temps. Il est temps de définir à nouveau le kilogramme à partir d'une constante naturelle. L'Institut fédéral de métrologie METAS va s'atteler à ce projet et utiliser pour cela des unités électriques et une balance du watt.

METAS ne fait pas la pluie et le beau temps, mais cet institut cherche à définir au contraire des unités de mesures, notamment le mètre ou le kilogramme. Ce projet concerne le kilogramme, qu'il s'agit plus précisément de redéfinir. En effet, le kilogramme est la dernière mesure encore définie à partir d'un artefact de 1889 et non à partir d'une constante naturelle. Conservé à Paris, le kilogramme originel est constitué d'un cylindre en alliage de platine et d'iridium de 39 x 39 mm. En sa qualité d'objet matériel, cet artefact se modifie au fil du temps, notamment à cause de dépôts de saleté ou de l'usure. À l'époque, 40 prototypes de kilogrammes ont été répartis dans le monde entier – l'un des exemplaires se trouve dans les coffres du METAS. Les comparaisons des prototypes au cours du temps ont montré qu'ils présentent désormais des variations de l'ordre du microgramme.

Cette incertitude quant à l'unité de mesure kilogramme a rendu nécessaire de définir le kilogramme avec une constante naturelle. Cette opération doit être réalisée en utilisant des unités de mesure électriques et en particulier une balance du watt. La balance du watt est un instrument de mesure extrêmement complexe, qui mesure simultanément plusieurs grandeurs avec une extrême précision. Cette balance est développée actuellement par le METAS, en collaboration étroite avec maxon motor. Une grandeur mécanique et une grandeur électrique sont comparées avec la plus grande précision dans le cadre d'une expérience complexe.

Expérience sous vide poussé
Une fonction primordiale de la balance du watt est assurée par des moteurs de maxon motor. Les expériences destinées à redéfinir le kilogramme se déroulent sous vide poussé, ce qui permet de soumettre les entraînements à des contraintes importantes. C'est pourquoi cette application utilise des moteurs maxon EC 22 HD adaptés au vide (100 W), avec encodeur MR, combinés avec la commande de positionnement maxon EPOS2 24/5.

Tous les moteurs maxon impliqués sont sans balais car toute apparition de particules doit impérativement être évitée. Le système utilisé est un robot à trois axes (mécanisme échangeur de masse) qui effectue différents mouvements pour réaliser une mesure exacte lors de l'expérience. Les entraînements maxon sont entre autres chargés du mouvement précis d'un plateau rotatif et des mouvements horizontaux et verticaux de divers composants de l'échangeur de masse.

 © maxon motor ag

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