Vers la mise en pratique de la constante de Boltzmann

PROJET
Vers la mise en pratique de la constante de Boltzmann :
la température dans les échelles en basses températures
LABORATOIRE
LCM
ANNEE DE LANCEMENT DU PROJET
2008
DOMAINE
Industrie & SI
INTERESSANT POUR
Température
Vue CAO du cryostat pour la mesure de T entre
4 K et 77 K, avec le résonateur acoustique BCU3
OBJECTIFS
•
•
•
Mettre en place les références nationales dans le domaine 0,65 K – 24 K
Etablir l’écart entre T90 et la température thermodynamique mesurée par thermométrie
acoustique dans les gaz, entre 0,65 K et 273 K
Etablir et valider les budgets d’incertitudes sur la réalisation de l’Echelle internationale de
température de 1990 (EIT-90) en dessous de 273 K
RÉSUMÉ ET PREMIERS RÉSULTATS
La communauté scientifique internationale a entrepris de nombreuses activités de recherche, visant à
redéfinir l’unité de température, le kelvin. La voie choisie est celle de remplacer l’artefact du point triple de
l’eau en utilisant la constante de Boltzmann k. Lorsque la nouvelle définition du kelvin, basée sur la nouvelle
détermination de k sera adoptée par la communauté internationale, les laboratoires nationaux de métrologie
auront à utiliser cette constante pour la mesure de la température thermodynamique T.
Ce projet a été créé en 2008 afin d’anticiper l’entrée en vigueur de nouveaux étalons de température
basés sur la température thermodynamique. Entre-temps, deux JRP de l’EMRP (InK et Noted) reprenant les
mêmes thématiques ont vu le jour. Ils ont permis au laboratoire nationaux de métrologie européens de se
fédérer autour de la recherche sur la constante de Boltzmann et la mise en pratique du nouveau kelvin. Le
projet a été aménagé pour bénéficier de ce travail commun.
Entre 0,65 K et 5 K, un dispositif permettant d’accueillir simultanément un thermomètre à pression de
vapeur de 3He et de 4He, un thermomètre à pression de fusion de 3He et un thermomètre acoustique a été
développé. Ceci permettra de comparer trois réalisations différentes de la température dans cet intervalle, à
savoir respectivement celle selon l’EIT-90, celle selon l’EPBT-2000 et la température thermodynamique. A
présent, une première validation du thermomètre à pression de vapeur a été réalisée et la mise en œuvre
du thermomètre acoustique pour les très basses températures est en cours.
Entre 4 K et 14 K, une extension de la gamme de fonctionnement du cryogénérateur du laboratoire a été
réalisée, de façon à pouvoir réaliser des étalonnages par comparaison, avec des références étalonnés
selon l’EIT-90. Un nouveau calorimètre adiabatique basé sur un tube à gaz pulsé est aussi en cours de
réalisation : il pourra accueillir un résonateur acoustique pour la réalisation de la température
thermodynamique et permettra une comparaison directe avec la température de l’EIT-90.
Entre 14 K et 273 K, plusieurs améliorations dans la réalisation de l’EIT-90 ont déjà été effectuées.
L’utilisation du cryogénérateur a permis d’améliorer les CMC du laboratoire entre 14 K et 24 K, alors que
des dispositifs aux performances améliorées ont été mis en place pour les points fixes entre 54 K et 84 K.
Un nouveau système pour la réalisation quasi-adiabatique du point triple du mercure à 234 K a été réalisé et
de nouvelles améliorations sont en phase d’étude. Pour ce qui concerne la mesure de la température
thermodynamique, des premières séries de mesures ont permis de valider le fonctionnement des
thermomètres acoustiques mis en place et des mesures sur tout l’intervalle pourront maintenant être
réalisées.
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IMPACTS SCIENTIFIQUES ET INDUSTRIELS
•
Mise en œuvre de la nouvelle définition du kelvin
•
Etablissement de nouvelles possibilités d’étalonnage en température thermodynamique pour répondre
aux besoins des laboratoires de la chaîne d’accréditation.
PUBLICATIONS / COMMUNICATIONS
Publications avec comité éditorial
M R Moldover, R M Gavioso, J B Mehl, L Pitre, M de Podesta and J T Zhang « Acoustic gas thermometry »,
Metrologia 51 (2014) R1–R19.
F. Pavese, P. P. M. Steur, Y. Hermier, K. D. Hill, J. S. Kim, L. Lipiski, K. Nagao, T. Nakano, A. Peruzzi, F.
Sparasci, A. Szmyrka-Grzebyk, O. Tamura, W. L. Tew, S. Valkiers, J. van Geel, “Dependence of the triple
point temperature of neon on isotopic composition and its implications for the ITS-90”, AIP Conference
Proceedings 1552, 192 (2013); doi: 10.1063/1.4821378
I. Didi-Alaoui, D. Fiorillo, A. Vergé, F. Sparasci, D. Jouin, Y. Hermier, “Design and implementation of a
dedicated calorimeter for long stem SPRTs calibrations at the argon and oxygen triple points”, AIP
Conference Proceedings 1552, 474 (2013); doi: 10.1063/1.4819587
F. Sparasci, I. Didialaoui, A. Vergé, Y. Hermier, “A new calorimeter for the simultaneous calibration of
SPRTs and CSPRTs at the triple point of mercury”, AIP Conference Proceedings 1552, 486 (2013); doi:
10.1063/1.4819589
K. D. Hill, A. Szmyrka-Grzebyk, L. Lipiński, Y. Hermier, L. Pitre, F. Sparasci, “CCT-K2.4: NRC/INTiBS/LNECnam trilateral comparison of capsule-type standard platinum resistance thermometers from 13.8 K to
273.16 K”, Metrologia 49, 03005, 2012, DOI: 10.1088/0026-1394/49/1A/03005
SPARASCI F., PITRE L., ROUILLE G., THERMEAU·J.-P., TRUONG D., GALET F., HERMIER ·Y., “An
Adiabatic Calorimeter for the Realization of the ITS-90 in the Cryogenic Range at the LNE-CNAM”,
International Journal of Thermophysics, vol. 32, pp 201-214, 2011, Springer Netherlands
SPARASCI F., PITRE L., TRUONG D., RISEGARI L., HERMIER ·Y., “Realization of a 3He–4He VaporPressure Thermometer for Temperatures Between 0.65 K and 5 K at LNE-CNAM”, International Journal of
Thermophysics, vol. 32, pp 139-152, 2011, DOI 10.1007/s10765-011-0929-7
F. PAVESE, M. FAHR, Y. HERMIER, K. D. HILL, L. LIPINSKI, T. NAKANO, A. PERUZZI, H. SAKURAI, F.
SPARASCI, P. P. M. STEUR, A. SZMYRKA-GRZEBYK, O. TAMURA, W. L. TEW, S. VALKIERS, J. VAN
GEEL, “Further Progress Toward the Determination of Ttp−x(22Ne)”, International Journal of
Thermophysics, vol. 31, pp 1633 – 1643, 2010, Springer Netherlands
F. SPARASCI, L. PITRE, G. ROUILLÉ , J.-P. THERMEAU, Y. HERMIER, F. GALET, D. TRUONG “An
Adiabatic Calorimeter Based on a Closed-Cycle Refrigerator for High-Accuracy Thermometer Calibrations
Between 13 K and 84 K”, Conference and International Cryogenic Materials Conference 2008, pp. 455 –
462, Published by The Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics (KIASK), 2009, ISBN
978-89-957138-2-2
SPARASCI F., PITRE L., ROUILLE G., THERMEAU J. P. , HERMIER Y., TRUONG D., GALET F.
Realization of the ITS 90 between 13 K and 84 K at LNE INM / Cnam: a new Adiabatic Calorimeter based
on a Closed-Cycle Refrigerator, Acta metrologica sinica, october, 2008, vol.29, n°4A
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Communications
L. Pitre, F. Sparasci, L. Risegari, D. Truong, “ ACOUSTIC THERMOMETRY: NEW RESULTS FROM 77 K
TO 303 K AT LNE- CNAM” (151), Tempmeko 2013, 14-18 Octobre 2013, Funchal, Madère, Portugal.
R. M. Gavioso, D. Madonna Ripa , P. Tarizzo 1, A. Merlone , L. Pitre , D. Truong “ACOUSTIC
DETERMINATIONS OF THERMODYNAMIC TEMPERATURE BETWEEN THE MERCURY AND INDIUM
FIXED POINTS” (286), Tempmeko 2013, 14-18 Octobre 2013, Funchal, Madère, Portugal.
L. Risegari, L. Pitre, F. Sparasci, D. Truong, A. Vergé, B. Buée “ACOUSTIC GAS THERMOMETER BELOW
4K: FIRST TESTS” (379), Tempmeko 2013, 14-18 Octobre 2013, Funchal, Madère, Portugal.
D. Fiorillo, A. Vergé, C. Martin, V. Barbotin, Y. Hermier, F. Sparasci, “New calorimeter for SPRT calibrations
at argon and oxygen fixed points: further improvements at LNE-CNAM”, Tempmeko 2013, 14-18 Octobre
2013, Funchal, Madère, Portugal.
D. del Campo, J. Bojkovski, M. Dobre, E. Filipe, M. Kalemci, A. Merlone, J. Pearce, A. Peruzzi, F. Sparasci ,
R. Strnad , D. Taubert and E. Turzó-András, “Progress report on the European project “Novel Techniques
for Traceable Temperature Dissemination” ”, Tempmeko 2013, 14-18 Octobre 2013, Funchal, Madère,
Portugal.
I. Didi-Alaoui, A. Vergé, D. Fiorillo, D. Jouin, F. Sparasci, Y. Hermier, “Design and implementation of a
dedicated calorimeter for long-stem sprt calibrations at argon and oxygen triple points”, 9th International
Temperature Symposium, Anaheim California, 19-23 mars, 2012 (conf. orale)
L. Risegari, F. Sparasci, L. Pitre, D. Truong, “Preliminary measurements on a 3He – 4He Vapor-Pressure
Thermometer for Temperatures Between 0.65K and 5K”, 9th International Temperature Symposium,
Anaheim California, 19-23 mars, 2012 (poster)
F. Sparasci, I. Didialaoui, A. Vergé, Y. Hermier, “A new calorimeter for the simultaneous calibration of sprts
and csprts at the triple point of mercury”, 9th International Temperature Symposium, Anaheim California, 1923 mars, 2012 (poster)
F. Pavese, M. Fahr, Y. Hermier, …, F. Sparasci, et al., “Dependence of the triple point temperature of neon
on isotopic composition and its implications for the ITS-90”, 9th International Temperature Symposium,
Anaheim California, 19-23 mars, 2012 (conf orale)
SPARASCI F., PITRE L., GUILLOU A., TRUONG D., RISEGARI L., “Towards the mise en pratique of the
Boltzmann constant in thermometry at the LNE-CNAM”, présentation au NIST le 28 mars 2011.
L. PITRE, F. SPARASCI, D. TRUONG, “Acoustic thermometry: preliminary results from 84 k to 273 k at
LNE-CNAM”, présentation orale à Tempmeko 2010
F. SPARASCI, L. PITRE, G. ROUILLE, J.-P. THERMEAU, D. TRUONG, F. GALET, Y. HERMIER, “An
adiabatic calorimeter for the realization of the ITS-90 in the cryogenic range at the LNE-CNAM”, poster à
Tempmeko 2010
F. SPARASCI, L. PITRE, D. TRUONG, L. RISEGARI, Y. HERMIER, “Realization of a 3He – 4He vaporpressure thermometer for temperatures between 0.65 K and 5 K at LNE-CNAM”, poster à Tempmeko 2010
F. SPARASCI, L. PITRE, D. TRUONG, “Metrological characterization of Capsule-Type Standard Platinum
Resistance Thermometers at the Triple Point of Water for the Boltzmann project”, poster à Tempmeko 2010
SPARASCI F. , PITRE L. , ROUILLE G., THERMEAU J-P., HERMIER Y., GALET F., TRUONG D., “An
adiabatic calorimeter based on a closed-cycle refrigerator for high-accuracy thermometer calibrations
between 13 K and 84 K”, International Cryogenic Engineering Conference 22 and International Cryogenic
Materials Conference 2008, Séoul, July 21 - 25, 2008
SPARASCI F. , PITRE L. , ROUILLE G., THERMEAU J-P., HERMIER Y., TRUONG D., GALET F.,
“Realization of the ITS 90 between 13 K and 84 K at LNE INM / Cnam: a new Adiabatic Calorimeter based
on a Closed-Cycle Refrigerator” , Tempjeiging 2008, Beijing, China, oct 20-23, 2008
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Septembre 2014
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