En plus du précieux kilo, l'Institut de recherche Mendeleev à Saint-Pétersbourg dispose d'un mètre, ampère et kelvin standard
Que deviendrait notre vie si les unités de mesure disparaissaient soudainement - tous ces volts, grammes, kelvin? Ni regarder la télévision, ni aller au magasin, ni s'habiller pour la météo. Et ce sont encore des fleurs.
- Toute réception d'informations - visuelle, textuelle, auditive - est en fait une mesure: lorsque nous distinguons des mots, des symboles, des images, nous les comparons à quelque chose, - explique Kirill Gogolinsky, directeur de l'Institut panrusse de recherche scientifique en métrologie de Mendeleev. - La précision des mesures détermine le niveau de développement économique de l'État et le rythme de son développement.
LE GRAND SEPT
La métrologie, la science qui assure l'uniformité des mesures, aide à parler le même langage au monde entier. Sinon pour elle, l'humanité ne pourrait pas organiser le commerce, établir le travail d'ingénierie des communications, même assembler une voiture.
Institut Mendeleev - le berceau de la métrologie russe Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Le mode de réalisation de la mesure est soit un appareil (par exemple, une règle), soit un objet (le même poids). Les appareils et objets à partir desquels de nombreuses copies sont faites sont appelés standards. Chaque Etat cherche à créer le plus de normes possible et à appliquer les plus hautes technologies pour cela, afin de ne pas aller chez les voisins ou en France pour le poids idéal à chaque fois (le principal kilogramme du monde y est stocké).
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- Aujourd'hui, dans notre pays, il existe 164 normes, - explique le chef de Rosstandart Alexei Abramov. - La Russie est l'un des cinq pays qui promeuvent activement la métrologie.
Certaines des normes sont stockées dans un “ thermos ”, un bâtiment à l'intérieur d'un bâtiment Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
54 normes sur 164 sont conservées à l'Institut de recherche de Mendeleïev, «le berceau de la métrologie russe». Toutes les normes du monde sont nées de sept grandeurs de base: mètre (longueur), kilogramme (masse), seconde (temps), ampère (courant électrique), kelvin (température), mole (quantité de substance) et candela (intensité lumineuse).
Les normes étatiques sont un trésor national. Mais ce magnifique sept est le plus précieux d'entre eux. Et quatre mesures - mètre, ampère, kelvin et kilogramme - sont stockées à Saint-Pétersbourg.
MEILLEUR SUR TERRE
- Nous sommes les meilleurs au monde en kelvin! - dit l'institut. - Les développements nationaux sont capables d'élargir la gamme jusqu'à 3473 degrés Kelvin et de réduire l'erreur de reproduction d'une fois et demie à deux fois.
Kelvin occupe une demi-pièce Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Zéro sur l'échelle Kelvin est égal à moins 273 degrés Celsius. La norme de température ressemble loin à un thermomètre: une installation des émetteurs de chaleur les plus complexes, de nombreuses lentilles, deux corps absolument noirs et plusieurs ordinateurs, basés sur des effets quantiques, prend une demi-pièce. Soixante-dix pour cent des pièces sont russes.
La pièce où «vit» le kelvin est maintenue à une température constante: même un court séjour d'une compagnie de personnes dans le laboratoire affecte les lectures.
La mesure de température se compose de nombreux émetteurs et lentilles Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Maintenant, nous comparons notre kelvin avec le japonais, - explique le gardien du kelvin Anatoly Pokhodun. - Le processus lui-même prend beaucoup de temps: comparer à un moment donné - environ deux heures, et pourtant il est nécessaire dans beaucoup. Une personne ne peut pas le faire. Il a fallu dix ans pour préparer cette comparaison.
COUPLE FROID
Le roi parmi les grandeurs électriques est l'ampère. Mais lentement, il y a une réorientation vers les normes quantiques de volt (tension) et ohm (résistance). Volt «vit» dans une installation complexe, placée dans une pièce blindée. Les mesures sont effectuées à des températures ultra-basses.
- Les températures les plus basses sont utilisées lors de la reproduction de grandeurs électriques spéciales, - explique le gardien du volt Alexander Katkov. - Les températures atteignent le millikelvin. En eux, les vibrations thermiques des atomes sont si faibles qu'elles ne détruisent pas les propriétés électriques des matériaux. Les volts à quatre kelvin sont mesurés avec une précision de dix à la puissance moins onzième.
Voici à peu près à quoi ressemble le volt de référence Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Essentiellement, un volt est un microcircuit noyé dans l'hélium liquide. «Nous avons développé le seul standard volt portable au monde», note Kirill Gogolinsky. - Avec l'aide de celui-ci, des comparaisons internationales ont été faites et nous avons montré les meilleurs résultats au monde.
Ohm préfère également le froid extrême. La résistance peut être tracée littéralement par un électron.
- L'un des problèmes est le champ magnétique actuel, - dit le gardien de l'ohm Yuri Semenov. - Il n'est pas facile d'en extraire les microstructures. Mais nous devons mesurer des nano-quantités.
… Et donc - oh Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
Il y a une table en pierre au milieu du laboratoire de Volt. Mais ce n'est pas seulement un meuble: c'est … l'apogée d'une fondation de trois étages de 750 tonnes d'un bâtiment séparé dans le bâtiment. Le "thermos" en béton est indépendant des murs extérieurs. Après tout, pas la moindre vibration - de la très animée Moskovsky Prospekt, de la station de métro voisine Tekhnologichesky Institut, des tramways circulant sur Zagorodnoye - ne devrait pas atteindre le saint des saints, jusqu'à un kilogramme.
"PENSER" ET "VIEILLIR"
Si les étalons des six unités de mesure de base sont basés sur des constantes physiques et ne dépendent pas du «fer», alors le kilogramme est le dernier étalon d'artefact. C'est, bien que parfait, mais un objet.
Aucun bouchon ni trémie ne peut empêcher le métal de “ perdre du poids ” Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
«La norme mondiale pour le kilogramme est un poids qui est stocké à Sèvres près de Paris», explique Gogolinsky. - Il en existe des copies dans tous les instituts de métrologie du monde. La situation est la suivante: si vous volez le kilogramme primaire en France, alors le monde entier perdra un kilogramme.
Le principal kilo russe (et son frère jumeau de rechange) a 125 ans. C'est un poids en alliage de platine et d'iridium d'une hauteur et d'un diamètre de 39 millimètres. Un kilogramme est stocké sous un bouchon hermétique dans un coffre-fort derrière trois serrures dans un bunker séparé dans un laboratoire avec une certaine humidité et température, qui est situé dans le bâtiment "thermos".
Le kilogramme parfait exprimé en termes de constantes est le rêve d'un métrologue Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Nous sortons la norme tous les cinq ans pour la comparaison avec des copies, - dit le gardien du kilogramme Viktor Snegov. - La dernière fois qu'ils ont été comparés à la norme parisienne, c'était en 1993 et en 2013.
Mais même dans de telles conditions, le kilogramme russe "a perdu du poids". Jusqu'à présent, un microgramme avec une erreur de mesure de trois microgrammes. Mais son ancêtre français est devenu au fil du temps plus léger de cinquante microgrammes. La raison, suggèrent les scientifiques, est le mouvement des atomes et le microtransfert de particules métalliques vers les supports lors des comparaisons.
Ouvrir un coffre-fort d'un kilogramme est une procédure solennelle et laborieuse Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La norme mondiale précédente pour le kilogramme était beaucoup moins fiable et pratique: c'était un décimètre cube d'eau distillée. La norme de masse dépendait involontairement de la norme de longueur. Il existe désormais des comparateurs de vide - des balances ultra-modernes capables de compter un objet par atomes.
Comparateur - échelles capables de compter les atomes Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
«Dans la marge d'erreur, notre kilogramme actuel n'a pas changé, mais les besoins augmentent», explique Kirill Gogolinsky. - Il y a un problème non seulement de précision, mais aussi de conservation et de reproduction du kilogramme en tant que tel.
43 ZÉRO
L'économie et l'industrie en développement ont besoin d'augmenter le nombre de décimales.
«La redéfinition se fait attendre depuis longtemps: les industries de précision, comme la pharmacologie, se développent activement», note Alexey Abramov. - Mais la contribution de la métrologie à l'économie est de 1% du PIB.
La norme de masse de rechange a également 125 ans Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
La communauté mondiale prévoit de passer de normes artificielles à des valeurs quantiques absolument précises en 2018.
«Il existe deux projets internationaux dédiés à la nouvelle norme du kilogramme», explique Viktor Snegov. - La première est la détermination du kilogramme par la constante de Planck en utilisant les échelles dites du watt, qui comparent l'énergie mécanique et électrique. Le second est le chemin de la constante Avogadro et de la sphère de silicium.
Une boule de kilogramme d'isotope 28 de silicium peut être confondue avec le même poids. Mais il y a une différence importante: les scientifiques savent combien d'atomes il y a dans cette boule. C'est terrible de dire qu'il y a environ cinquante septillions de pièces (après cinq - 43 zéro). Si l'humanité passe d'un poids à une sphère, on répondra à la question de savoir ce qu'est un kilogramme: "C'est la masse de tant d'atomes de silicium-28". Les comparateurs aideront à reproduire de nouvelles normes. Et pas de vieillissement du métal, pas de divergences.
Le kilogramme principal de la Russie a de nombreux “ descendants ” en acier Photo: Oleg KUZENKOV / kp.ru
- Le silicium est un élément très stable: il se désintègre après des milliards d'années, sa couche d'oxydation est minime, expliquent les scientifiques. «Il a une structure cristalline claire, de sorte que le broyage peut atteindre le même nombre d'atomes de diamètre dans toutes les directions. La balle est la forme la plus optimale.
Il existe actuellement une centaine de ces sphères dans le monde. Les deux premiers ont coûté deux millions d'euros: seul le polissage du silicium russe le plus pur, qui a eu lieu en Australie, a duré deux ans.
EN CE MOMENT:
Un technoparc apparaîtra à Lomonosov, où de nouvelles normes seront créées
Dans la lutte pour l'indépendance vis-à-vis des importations, la Russie «fait pression» sur la métrologie. Un technoparc apparaîtra sur la base de l'Institut de recherche Mendeleev à Lomonosov, où ils créeront de nouvelles normes et développeront des systèmes de mesure automatiques.
«Le Technopark réunira les développeurs et fabricants russes d'équipements de mesure et la compétence de Rosstandart», déclare Andrey Khovanskiy, chef du département des projets d'investissement chez VNIIM du nom de Mendeleev. - Nous prévoyons une exclusion complète des importations. Si maintenant c'est 89%, alors d'ici 2020, ce sera au moins cinquante.
VNIIM nommé d'après Mendeleev / kp.ru
Le technoparc sera pleinement opérationnel en 2022. Désormais sur le site de 35,5 hectares, il y a dix-huit bâtiments, dont des bâtiments uniques: bâtiments insonorisés, laboratoires souterrains. Certes, ils ont besoin de réparations. Au cours de la première étape, cinq bâtiments industriels, un complexe logistique, un immeuble de bureaux et trois immeubles résidentiels pour spécialistes non résidents apparaîtront sur le site.
La conception prendra un an, la réparation et la construction deux autres. Tout a besoin de 9,1 milliards de roubles.
VNIIM nommé d'après Mendeleev / kp.ru
Tout d'abord, le technoparc traitera des systèmes de mesure automatisés dans le domaine de l'écologie. Les plans comprennent des mesures électrochimiques pour la médecine, la métrologie des systèmes cyber-physiques «intelligents», la métrologie du gaz et le complexe pétrochimique. Et en même temps - le développement de la base de référence. De plus, les résidents ne le feront que sur leur propre équipement.
«Nous discutons d'un ensemble d'incitations fiscales pour les technoparcs», déclare Maxim Meiksin, président du comité de l'industrie et de l'innovation de Saint-Pétersbourg. - La création de l'équipement de mesure et tout ce qui y est lié sera inclus dans la liste des activités pour lesquelles les taux d'imposition seront mis à zéro.
Une dizaine d'organisations sont déjà prêtes à travailler dans le technoparc. Smolny pense que le Technoparc Lomonosov deviendra un «projet révolutionnaire sérieux».
Anna POSLYANOVA