Fini le bain glacé, place à une chemise gazeuse chaude. C'est ainsi que l'on refroidit désormais le comparateur cryogénique de courant à l'Institut national de métrologie du Japon. Auparavant, cet appareil, qui compare les courants électriques avec une précision de l'ordre du milliardième, nécessitait une immersion dans l'hélium liquide. Aujourd'hui, il fonctionne dans un réfrigérateur fermé où ce n'est pas un liquide mais un gaz qui le refroidit.
Le problème était que le réfrigérateur sans hélium liquide génère des vibrations. Ces vibrations perturbent les mesures précises, comme des mains tremblantes gênent un chirurgien. Les ingénieurs ont trouvé une solution : ils ont placé l'instrument dans une chambre hermétique remplie d'hélium gazeux à basse pression. Le gaz transmet le froid des parois du réfrigérateur à l'instrument, mais ne transmet pas les vibrations aussi fortement qu'un solide.
Le résultat a surpris les auteurs eux-mêmes. À une pression d'environ 20 pascals, le bruit de mesure est devenu comparable à celui obtenu avec de l'hélium liquide. Pour l'étalon quantique de résistance, une erreur de 1 nanoohm par ohm a été atteinte en seulement 100 secondes de moyennage. C'est comme si une nouvelle balance offrait la même précision que l'ancienne balance de pharmacien, mais sans le fragile bain de verre.
Désormais, le système consomme moins d'un litre d'hélium gazeux par cycle. Cela équivaut à un millilitre d'hélium liquide, soit des centaines de fois moins qu'auparavant. Dans un contexte de pénurie mondiale d'hélium, une telle économie est cruciale. Depuis septembre 2025, l'instrument est utilisé pour des services d'étalonnage, et à l'avenir, de telles installations pourraient fonctionner dans n'importe quel laboratoire sans dépendre des approvisionnements en hélium liquide.
La chemise d'hélium s'est avérée aussi efficace que le bain glacé. Et surtout, elle permet aux étalons quantiques de sortir des bunkers cryogéniques pour rejoindre les laboratoires ordinaires.
L'hélium gazeux à 4.2 K reste un gaz à une pression inférieure à 100 kPa, il peut donc être utilisé comme milieu d'échange thermique sans risque de condensation. Une consommation de moins de 1 litre de gaz par cycle équivaut à seulement 1 millilitre d'hélium liquide, soit des centaines de fois moins que les cryostats traditionnels.
Dans le roman d'Arcadi et Boris Strougatski « Le lundi commence le samedi », l'institut magique NIIChAVO est confronté à une pénurie de ressources pour ses expériences. Ici, la science résout le problème de la pénurie d'hélium grâce à une solution d'ingénierie élégante, rappelant la façon dont les héros de science-fiction contournent les contraintes de leur environnement.