La 31^ème édition de la Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2018) s’est déroulée cet été du 8 au 13 juillet à la Maison de la Chimie à Paris et a acceuilli plus de 530 participants en provenance de 47 pays. Organisée par le LNE, en collaboration avec le CNRS et l’Observatoire de Paris, cette conférence est la plus importante dans le domaine des mesures électromagnétiques.

Principal forum de partage des connaissances sur la recherche en mesures électromagnétiques aux niveaux de précision les plus élevés, l’édition 2018 du CPEM a donné une place importante dans son programme à la refonte du Système international d'unités (SI), avec la redéfinition de quatre des sept unités de base, le kilogramme, le kelvin, l’ampère et la mole. La révision du SI a été adoptée lors de la 26 ème édition de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) qui s’est tenue quelques mois plus tard à Versailles, du 13 au 16 novembre 2018.

Le programme technique a comporté trois séances plénières, animées par sept orateurs de premier plan dont deux prix Nobel de Physique: Serge Haroche du Laboratoire Kastler Brossel et Klaus von Klitzing du Max Planck Institute for Solid State Research.

Les 481 articles sélectionnés (sur la base des 535 articles soumis, un record pour la CPEM) ont été répartis en 168 présentations orales et 313 présentations affichées. Six sessions spéciales ont été dédiées à la redéfinition du SI, aux mesures électriques pour la métrologie des petites masses et des faibles forces, à la métrologie en lien avec les technologies quantiques, aux mesures électriques pour les dispositifs micro-nanoélectroniques et au domaine du nanomagnétisme et de la spintronique.

En complément du programme technique, 13 réunions satellites ont été organisées ainsi qu’une visite des laboratoires du LNE à Trappes et de ceux du SYRTE à l’Observatoire de Paris ainsi qu’à un salon d’exposition.

Redéfinition de quatre unités du SI en 2018

Une année charnière pour le LNE et les laboratoires du RNMF

Pour répondre à des besoins en précision qui vont croissants, l’objectif était de donner à ces 4 unités une portée plus universelle en les fondant sur des constantes fondamentales de la physique, comme le mètre qui a été redéfini en 1983 en fixant la valeur de la vitesse de la lumière.

Précisément, la redéfinition du kilogramme et du kelvin nécessite de fixer définitivement avec l’incertitude la plus faible la constante de Planck, h, et la constante de Boltzmann, k. Dans ce but, les chercheurs du LNE et des laboratoires de la métrologie française se sont illustrés cette année en livrant des valeurs de ces deux constantes au plus haut niveau mondial de précision.

Le résultat d’un projet de longue date

La mesure de h réalisée au LNE est l’aboutissement d’un projet amorcé en 2001. Le LNE figure parmi les trois laboratoires nationaux de métrologie à avoir mesuré cette constante via l’expérience de la balance du watt, aujourd’hui dénommée balance de Kibble, avec une incertitude minime, quand ses concurrents ont bénéficié de 30 ou 40 ans d’expérience. Concernant la mesure de k, ses équipes ont établi un record mondial en effectuant la mesure avec la plus faible incertitude jamais réalisée, et ce par une voie très originale et à certains égards risquée. Le LNE s’est également distingué avec des résultats remarquables qui ont contribué à la redéfinition de l’ampère à partir de la charge élémentaire : Citons les tests d’universalité effectués avec une exactitude record sur l’effet Hall quantique qui donne accès à la constante de Planck et à la charge élémentaire, le développement d’un étalon de courant électrique conforme à la redéfinition de l’ampère avec une exactitude inégalée, le développement d’un étalon quantique de résistance en graphène fonctionnant dans des conditions expérimentales simplifiées sans précédent.

Le LNE doit ces succès à des équipes compétentes et motivées par le formidable enjeu de contribuer à une révision profonde du SI.

L’étape suivante

Le SI révisé exploite pleinement la puissance et le potentiel des effets quantiques électriques. Il constitue une base solide pour toutes les mesures électriques pendant de nombreuses années. Cependant, il reste encore de nombreux défis à relever en métrologie électrique : citons par exemple le développement d’étalons quantiques simples et transportables accessibles à un plus grand nombre d’utilisateurs (user friendly), et à plus long terme le développement de multimètres et calibrateurs quantiques, ainsi que la réalisation d’outils métrologiques en soutien aux technologies quantiques. Il s’agira également de développer la métrologie électrique dédiée aux nanodispositifs et nanocircuits, aux réseaux électriques intelligents ou encore aux systèmes très haute fréquence (proche de l’optique).

Fortes de l’expérience acquise sur la détermination de h, les équipes du LNE poursuivent leurs travaux sur la réalisation du kilogramme (amélioration de la balance de Kibble, participation à des comparaisons internationales) et sa dissémination vers les utilisateurs. Des développements métrologiques dans le domaine des faibles masses et très faibles forces sont également à l’étude.

En ce qui concerne le domaine de la température, les chercheurs du laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM sont à pied d’œuvre sont à pied d’oeuvre pour assigner des valeurs à différents points fixes et proposer des méthodes pour interpolation entre eux.

L’offre du LNE

• Formations métrologie : élaborées dans le but de procurer les compétences et les outils nécessaires à l’exercice des pratiques opérationnelles quotidiennes.
• Assistance technique en évaluation de l'incertitude de mesure : L'incertitude de mesure représente la qualité d'un résultat de mesure. Afin d'exploiter ses résultats d’essais, d’étalonnages ou ses data, il convient de connaitre et maîtriser les incertitudes qui leur sont associés.
• Caractérisation de la justesse d'imprimantes 3D : cette prestation permet de déterminer les performances métrologiques de des imprimantes 3D à partir d'un modèle de pièce à fabriquer.
• Étalonnage Electrique - Instrument de mesure : le LNE offre une large gamme de prestations pour la caractérisation deséquipements et/ou des installations des équipementiers, producteurs d'énergie, industriels, laboratoires mettant en pratique des mesures de tension, courant, écart de transposition, résistances.
• Autres prestations…