Développement de moyens pratiques pour la diffusion du kilogramme matérialisé par sa nouvelle définition

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Les expériences de balance du watt et celle d’Avogadro sont en effet conçues pour matérialiser le kilogramme dans des conditions de vide. La fixation de la constante de Planck et la diffusion ultérieure de l'unité de masse selon la nouvelle définition devront être réalisées au meilleur niveau d'incertitude pour maximiser les avantages de la nouvelle définition.

Ce projet vise à développer les étalons et les méthodes permettant la traçabilité de lamasse à une matérialisation de l’unité sous vide.

Une partie des travaux portent sur le transfert air-vide d’artefacts en différentes matières. Le LNE a, en particulier, travaillé sur l’influence de l’environnement du comparateur utilisé. En effet, plusieurs laboratoires, dont le LNE, sont équipés de plusieurs comparateurs dont les enceintes à vide présentent des formes différentes et sont également réalisées en matières différentes. Les travaux menés par les différents partenaires ont montré qu’il n’existe pas de réel effet d’adsorption ou de désorption de l’enceinte sur les résultats de comparaison, aux incertitudes de mesures près.

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Des mesures de transfert air-vide ont été réalisées sur des artefacts en platine iridié (1 kg, 4 × 250 g) à l’aide du comparateur M-one 6V du LNE. Plusieurs transferts successifs ont été réalisés pour déterminer l’influence du niveau de vide sur les coefficients de adsorption des artefacts. Des travaux ont aussi été menés sur les matériaux de contact des étalons de masse et ont permis de montrer que le téflon est le matériau qui désorbe le moins d’eau (le principal contaminant) contrairement au PEEK et au Torlon. Pour la contamination en azote, c’est le contraire qui est observé. L’effet d’un nettoyage ainsi qu’une conservation sous air augmente la contamination en eau.

Un dispositif de nettoyage par plasma a été acquis et installé pour une installation dans le sas d’introduction du banc de thermodésorption. Pour des raisons de sécurité, la mise en place d’un nettoyage plasma utilisant de l’hydrogène pur ou de l’oxygène pur a été exclu. Un nettoyage plasma avec un mélange d’azote et d’oxygène, plus efficace que l’argon, a été retenu. Une étude gravimétrique a mis en évidence une variation de masse des artéfacts en platine iridié en fonction du processus de nettoyage opéré (BIPM ou plasma). Après chacun des nettoyages une augmentation de la masse qui se stabilise après huit jours a été observée.

Site du projet :

http://www.newkilo.eu/

Mise en pratique de la future définition de l’unité de masse

PLIMMER M. D., DU COLOMBIER D., IRAQI HOUSSAINI N., SILVESTRI Z., PINOT P. et HANNACHI R., “Apparatus to measure adsorption of condensable solvents on technical surfaces by photothermal deflection”, Review. Sci. Instrum., 83, 114905 ,2012,  DOI: 10.1063/1.4767245

SILVESTRI Z., AZOUIGUI S., BOUHTIYYA S., MACÉ S., PLIMMER M. D., PINOT P., TAYEB-CHANDOUL F. et HANNACHI R., “Thermal desorption mass spectrometer for mass metrology”, Review. Sci. Instrum., 85, 045111, 2014, DOI: 10.1063/1.4870921

DAVIDSON S., BERRY J., SILVESTRI Z., HOGSTROM R. et GREEN R., “Addressing the requirements for the practical implementation and ongoing maintenance of the redefined kilogram”, IMEKO International TC3, TC5 and TC22 Conference, Cape Town, Afrique du Sud, 2014.

• NPL (GB),
• CMI (CZ),
• CNAM (FR),
• DFM (DK),
• EJPD (CH),
• LNE (FR), MGRT (SI),
• MIKES (FI),
• PTB (DE), 
• SMU (SK),
• TUBITAK (TR),
• INRIM (IT),
• NRC (CA)