Étalons électriques fondamentaux actifs

La réalisation et la reproduction du volt et de l’ampère par les laboratoires nationaux de métrologie (LNM), et notamment en France par le Bureau national de métrologie (BNM), nécessitent la mise en œuvre de moyens particuliers. Le farad, le henry et l’ohm font l’objet de l’article « Étalons électriques fondamentaux passifs » .

L’unité de force électromotrice est reproduite à partir de l’ effet Josephson alternatif , phénomène quantique qui relie directement une tension continue U à une constante K _J et une fréquence f sous la forme U = f / K _J . Les dispositifs actuels basés sur des réseaux de jonctions Josephson assurent une reproductibilité du volt, de l’ordre de 0,1 nV, soit 10 ⁻¹⁰ en valeur relative. Ils permettent donc un raccordement des étalons secondaires , piles Weston saturées et références à diode Zener, avec de très faibles incertitudes.

Selon la théorie, K _J devrait correspondre au rapport 2 e / h , où h est la constante de Planck et e la charge de l’électron. L’incertitude sur l’égalité K _J = 2 e / h est néanmoins très grande. La valeur de K _J , exprimée dans le système SI, n’est en effet connue qu’avec une incertitude de 4 · 10 ⁻⁷ en valeur relative. Il est donc d’un grand intérêt d’améliorer les réalisations SI du volt. C’est un des objectifs de l’expérience dite de la balance du watt menée par plusieurs laboratoires nationaux de métrologie (LNM).

Moyennant certaines hypothèses, cette expérience conduit aussi à une détermination directe de h . Elle permettrait en outre de contrôler le kilogramme, seul artéfact matériel du SI définissant à la fois l’unité et l’étalon. À terme, le SI pourrait alors évoluer vers un système basé uniquement sur les constantes...