Thèmes de recherche et d'étude de l'équipe MGA

Les études et recherches en cours dans les laboratoires de l'équipe Masse et Grandeurs Associées du LNE-INM/Cnam ont fait l'objet d'une sélection par le conseil scientifique de la Métrologie Française selon les orientations proposées par le Comité de la Métrologie.


L'équipe Masse et Grandeurs Associées avec l'équipe Longueur-Lasers de l'Institut National de Métrologie (LNE-INM/Cnam), est engagé dans un grand projet de recherche soutenu par la Métrologie Française et piloté par le LNE dont l'objectif est de raccorder l'unité de masse à la constante de Planck avec une incertitude relative meilleure que 10-8. Cette expérience, dénommée balance du watt, pourrait conduire à une nouvelle définition de l'unité de masse, fondée sur une constante physique supposée invariable alors que la définition actuelle, sanctionnée il y a plus d'un siècle, est basée sur un prototype matériel unique.

 

 
Outre une équipe permanente pluridisciplinaire formée par des membres de trois laboratoires nationaux de métrologie (LNE-INM/Cnam, LNE, LNE-SYRTE/OP), ce projet s'appuie sur une importante coopération nationale (ENSAM, laboratoire de physique du Cnam, LESIR, LGEP, Universités de Versailles, d'Orsay, de Bourgogne,...) et internationale (BIPM, METAS (Suisse), NIST (USA), NPL (Royaume Uni), PTB (Allemagne), SP (Suède)).

balancewattenceinteAprès des études de faisabilité et de développement réalisées en 2001 et 2002, les années 2003 à 2007 ont été consacrées au LNE-INM/Cnam :
 
  • d'une part à la construction d'un prototype de comparateur de force qui est actuellement en cours d'installation au LNE (Trappes) sur un démonstrateur permettant de valider les choix technologiques et d'étudier l'intégration des divers éléments de l'expérience ;
  • d'autre part, à la recherche d'un matériau amagnétique adapté pour la réalisation de la masse de transfert utilisée dans cette expériencee. Ce thème de recherche correspond à celui du projet Euromet Mass 734 piloté par le LNE-INM/Cnam.

 

Le LNE-INM/Cnam a développé ses compétences dans la réalisation d'étalons de masse de référence en platine iridié, en or platiné et en super-alliage à base de cobalt. Pour cela il a mis en application une technique de polissage permettant d'atteindre une rugosité de surface des étalons de l'ordre de 10 nm en termes de hauteur quadratique moyenne, tout en assurant un ajustage final en masse à plus ou moins 1 mg autour de la valeur nominale de 1 kg (soit en valeur relative un ajustage à 10-6 près).

marquage

Il a parallèlement entrepris d'étudier, au moyen de dispositifs développés à l'institut, l'influence des conditions de conservation des étalons de masse (dans l'air, sous vide,...), ainsi que le dépistage de la contamination superficielle avant et après application des techniques de nettoyage-lavage.
Les différents dispositifs utilisée sont :
 
  • un rugosimètre optique pour valider la méthode de polissage ;

 

  • un spectromètre de masse de thermodesorption (TDS) pour l'analyse de la contamination ;
  • un dispositif à effet mirage pour déterminer l'adsorbabilité de différents gaz.

 

En métrologie des masses, la vapeur d'eau dans l'air occupe une place de premier plan. Elle intervient dans les processus de contamination de surfaces des étalons et sur l'ordre de grandeur de l'incertitude sur la masse

Un des thèmes de travail est l'influence de la composition de l'air sur la stabilité des étalons de masse et la correction de poussée de l'air.

En métrologie des masses, la vapeur d'eau dans l'air occupe une place de premier plan. Elle intervient dans les processus de contamination de surfaces des étalons et sur l'ordre de grandeur de l'incertitude sur la masse volumique de l'air. Un des aspects de cette étude est la mise au point d'un capteur optique destiné au contrôle en temps réel des variations de la vapeur d'eau dans l'enceinte du comparateur de masse.

Les autres objectifs visent une meilleure connaissance de la composition relative de l'air ambiant, en particulier l'influence de la variation de la fraction molaire d'argon sur le calcul de la masse volumique de l'air par méthode indirecte.

Enfin, la recherche des corrélations entre les forts taux de dioxyde de carbone mesurés et la présence de méthane est également entreprise pour mieux comprendre certains phénomènes de contamination des étalons conservés dans l'air.

 

 



enceintecomparateur

Il a conçu et réalisé un prototype de comparateur de kilogrammes à fléau monobloc à suspensions flexibles en titane-vanadium, ainsi que des fléaux en alliage d'aluminium avec, en guise de pivots, des lames flexibles en superalliage à base de cobalt de 10 µm d'épaisseur.