Jalons historiques.
Dernière des sept unités de base du Système international à s'être affranchie d'un objet physique, le kilogramme a longtemps incarné un paradoxe : unité de masse universelle dont l'étalon était un unique cylindre de métal précieusement gardé à Sèvres, près de Paris. Son symbole officiel, "kg" (toujours en minuscules, le "k" pour kilo, le "g" pour gramme), est le seul à intégrer un préfixe multiplicateur pour des raisons historiques, la masse de référence ayant été jugée plus pratique que le gramme originel. C'est une unité fondamentale, car elle intervient dans la définition de nombreuses autres grandeurs, de la force (le newton) à l'énergie (le joule) en passant par la pression (le pascal) , etc.

Depuis l'adoption du système métrique en 1795, la définition du kilogramme a d'abord reposé sur un objet concret. En 1799, on créa un prototype en platine, le "kilogramme des Archives", censé représenter la masse d'un décimètre cube d'eau pure à la température de sa densité maximale (environ 4 °C). Pour gagner en stabilité, la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) fit fabriquer en 1889 un nouveau prototype, le célèbre Grand K : un cylindre de platine iridié de 39,17 millimètres de diamètre et de hauteur, conservé sous trois cloches de verre dans un coffre au Bureau international des poids et mesures (BIPM) à Sèvres. Ce prototype international du kilogramme (IPK) devint la référence mondiale unique, et des dizaines de copies officielles furent distribuées aux États membres pour servir d'étalons nationaux.

Le problème est apparu progressivement. Lors des comparaisons périodiques des copies avec le Grand K, on constata que leurs masses dérivaient au fil des décennies, d'environ 50 microgrammes par siècle. L'IPK lui-même, ne pouvant être comparé qu'à ses propres copies, perdait ou gagnait inévitablement de la matière par contamination, nettoyage ou dégazage. Ainsi, la masse de l'étalon de référence n'était pas rigoureusement constante, ce qui devenait intenable pour la science moderne. Une dérive de quelques dizaines de microgrammes suffisait à fausser les mesures de force ou d'énergie exigeant une exactitude extrême, par exemple pour les balances de précision ou les semi-conducteurs.

Le tournant eut lieu le 16 novembre 2018, lorsque la CGPM vota une redéfinition historique entrée en vigueur le 20 mai 2019. Désormais, le kilogramme n'est plus un objet, mais une valeur numérique fixée de la constante de Planck, h, l'une des constantes fondamentales de la physique quantique. La valeur exacte adoptée est h = 6,626 070 15 × 10^-34 joule-seconde (le joule étant lui-même le kilogramme mètre carré par seconde carrée). Puisque le mètre et la seconde sont déjà définis avec une précision extrême par la vitesse de la lumière et la transition atomique du césium, fixer h revient à définir directement le kilogramme. La clé est que la masse m peut être exprimée par la relation E = mc² et par l'énergie d'un photon E = hν, si bien que le kilogramme se trouve lié à une fréquence. En pratique, on le réalise par deux méthodes distinctes et concordantes, véritables prouesses de métrologie.

• La première est la balance de Kibble (anciennement appelée balance du watt). Son principe consiste à équilibrer une masse mécanique avec une force électromagnétique en deux étapes : en mode statique, le poids d'une masse m (mg) est compensé par la force de Laplace produite par une bobine plongée dans un champ magnétique et parcourue par un courant; en mode dynamique, la même bobine se déplace à vitesse constante dans le même champ, générant une tension induite. En combinant ces deux mesures, les grandeurs électriques (tension et courant) s'annulent, et l'on obtient une relation directe entre la masse m, la constante de Planck h, et des fréquences (via l'effet Josephson et l'effet Hall quantique utilisés pour mesurer tension et résistance avec une précision quantique). La masse est ainsi déterminée sans aucun étalon de masse préalable. 

• La seconde méthode, dite de la sphère de silicium, repose sur le comptage direct des atomes. Un monocristal de silicium 28 enrichi, quasi parfait, est usiné en une sphère d'une rondeur exceptionnelle. Connaissant le volume de la sphère par interférométrie (elle est mesurée en fonction du mètre), et la distance interatomique du réseau cristallin par diffraction de rayons X, on détermine le nombre exact d'atomes de silicium qu'elle contient, donc sa masse à l'échelle atomique. La constante de Planck relie ensuite cette masse microscopique au kilogramme macroscopique. 

Cette redéfinition a bouleversé la philosophie même de la mesure. Auparavant, le kilogramme était une exception anthropocentrique, le dernier vestige d'un artefact unique et matériel. Désormais, comme le mètre ou la seconde, il s'ancre dans un invariant de la nature. N'importe quel laboratoire suffisamment équipé peut en théorie réaliser le kilogramme chez lui, sans se référer à un objet central. Cela garantit une stabilité absolue sur des échelles de temps cosmiques, libérée des aléas matériels. Pour le quotidien, l'impact est intentionnellement nul : au moment du basculement, la masse de l'ancien Grand K a été mesurée avec la meilleure exactitude possible, et la valeur de h a été choisie pour que le nouveau kilogramme soit strictement continu avec l'ancien. Les balances de commerce, les marchés et les emballages alimentaires n'ont donc subi aucun changement perceptible.