L’unité–mètre, m(mita)

L’unité de longueur SI, le mètre (m), tire son nom des noms grecs et français pour « mesurer”.

Le mètre, avec le kilogramme, était l’une des premières unités du système métrique. Il a été défini à l’origine (en 1793, au moment de la Révolution française) comme un dix millionième de la distance terrestre de la ligne méridienne qui va du pôle nord, en passant par Paris, à l’équateur. Pour une utilisation pratique, une série de barres de mesure en platine-iridium ont été coulées.

La définition actuelle du mètre date de 1983, et elle fixe le mètre en fonction de la seconde et de la vitesse de la lumière. En pratique, le compteur est réalisé en mesurant la fréquence ou la longueur d’onde du vide de types spécifiques de lasers.

« Le mètre est la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant un intervalle de temps de 1/299 792 458 de seconde. »

Il s’ensuit que la vitesse de la lumière dans le vide (c0) est exactement de 299 792 458 mètres par seconde (m/s).

La définition de 1983 définit le mètre en termes de constante fondamentale, la vitesse de la lumière dans le vide. Après la redéfinition de l’IS, qui devrait entrer en vigueur le 20 mai 2019, ce lien sera plus explicite. Les sept unités seront définies en donnant des valeurs numériques exactes aux constantes physiques.

La définition du mètre implique que la longueur peut être mesurée en mesurant le temps qu’un faisceau lumineux met à parcourir une distance. Ceci peut être réalisé pratiquement de deux manières:

1. Temps de vol, où une impulsion de lumière est envoyée sur la longueur à mesurer.
2. Interférométrie, où une longueur peut être mesurée en termes de longueur d’onde sous vide (λ) d’une source lumineuse de fréquence connue (f), via la relation.

λ=c0/f

La fréquence d’une source lumineuse (rayonnement) utilisée en interférométrie doit être déterminée en fonction de la seconde ou de la fréquence de rayonnement de l’atome de césium. Il s’agit de comparer la fréquence du rayonnement utilisé pour l’interférométrie de longueur (généralement visible au proche infrarouge de 430 nm à 900 nm, de 330 THz à 700 THz) avec une horloge au césium d’une fréquence de 9,1 GHz. Avant l’invention des peignes à fréquence optique, cela était techniquement très difficile, mais est maintenant réalisable en une seule étape.

Pour diffuser davantage la réalisation du mètre, les Comités Techniques du Comité International des Poids et Mesures (CIPM) pour la Longueur, le Temps et la Fréquence tiennent à jour une liste combinée de « Valeurs recommandées de fréquences standard pour des applications comprenant la réalisation pratique du mètre et des représentations secondaires de la seconde” (lien externe). Cette liste comprend les lasers et autres sources, ainsi que la fréquence qu’ils généreront s’ils sont utilisés conformément aux paramètres spécifiés.

Les sources visibles recommandées comprennent des lasers de haute précision, tels que les lasers Hélium-néon verrouillés sur une composante hyperfine du spectre d’absorption de l’iode. Lorsqu’il est utilisé correctement, la fréquence de ces lasers peut être de deux parties en 10-11. La liste comprend également des sources lumineuses de moindre précision, telles qu’un laser Hélium-néon non stabilisé à 633 nm. Malgré leur précision inférieure (1,5 x 10-6), les lasers non stabilisés peuvent être utiles dans certaines mesures. Étant donné que tout rayonnement dans les valeurs recommandées est une réalisation principale du compteur, un tel laser ne nécessite pas d’étalonnage lorsque l’incertitude associée est adaptée à l’objectif.

Capacité technique

Chez MSL, nous utilisons un laser hélium-néon stabilisé à l’iode à 633 nm pour réaliser le mètre. Nous l’utilisons pour étalonner la fréquence des interféromètres que nous utilisons ensuite pour mesurer la longueur des artefacts (par exemple, des blocs de jauge, des règles et des bandes), ou pour étalonner des instruments tels que des équipements de relevé électronique.

Cela permet à MSL de fournir des mesures traçables à travers une gamme de capacités dimensionnelles, des blocs de jauge, des barres de longueur, des étalons d’extrémité et des jauges à anneaux et à bouchons, jusqu’aux équipements d’arpentage (télémètres électroniques (EDM) et personnels d’arpentage à code à barres).

Nous avons également l’expertise nécessaire pour effectuer une large gamme de mesures dimensionnelles non routinières, par exemple, la détermination de l’arrondi des surfaces courbes via des machines de mesure de coordonnées (MMT), ou la planéité des faces de mesure via des parallèles optiques.

Notre recherche

Notre recherche couvre un large éventail de sujets, mais nous explorons actuellement trois domaines principaux:

• Cartographie des erreurs et incertitude dans les machines de mesure de coordonnées (GMAO).
• Microscopie à force atomique (AFM) pour la mesure des caractéristiques de surface et des nanoparticules.
• Contribution de l’incertitude aux mesures de longue distance effectuées avec des télémètres électroniques (EDM).

Regardez une courte vidéo au-dessus du mètre ici (lien externe).