système métrique - les étalons fondamentaux - de nouvelles unités - les unités de base du système international
L'histoire des unités ( de longueur , d'aires , de capacité , de poids ...) est relativement complexe . Au Moyen Age , il existait beaucoup d'unités dans le royaume de France ; par exemple :
La plupart des métiers étaient organisés en corporation et chaque corporation avait ses propres unités de mesure qui figuraient sur les instruments gradués.
La longueur du pied n'était pas la même dans toutes les provinces . Cependant , avec les échanges et le déplacement des ouvriers qui faisaient le tour de France , elles s'uniformisaient .Ainsi , la longueur appelée pied du Roi ( mesurant l'équivalent de 32,4 cm ) fut imposée.
La création du système métrique avait pour but de simplifier l'usage des poids et mesures en créant des unités communes à tous.
Le 12 juin 1790 , Condorcet proposa lors d'un discours devant l'assemblée nationale de créer " une unité de longueur naturelle et invariable ".
« Si l'on considère les mesures d'un même genre rangées par ordre décroissant , chacune est dix fois plus petite que celle qui la précède immédiatement et dix fois plus grande que celle qui la suit ».
Le système métrique décimal rendait les calculs simples et faciles ; il dispensait également de l'énumération des subdivisions.Dans l'ancien système , il fallait par exemple écrire : 12 livres , 3 sous , 18 deniers ou encore 11 muids 4 setiers 3 minots.
Un tel système a simplifié le calcul des surfaces et des volumes en faisant "glisser" la virgule de deux ou trois rangs vers la droite ou vers la gauche par passage à un multiple ou à un sous-multiple.
Le système décimal est obligatoire en France depuis 1837 , et est utilisé par la plupart des pays. Jusqu'à aujourd'hui , seuls deux pays n'ont pas encore adopté les unités du SI : le Bangladesh et le Libéria. Il faut aussi noter que certains pays comme les Etats-Unis et la Grande-Bretagne utilisent encore d'autres unités ( comme le mile utilisé au lieu du kilomètre ; 1 mile = 1609 m ).
L'usage d'étalons universels , invariables , définis avec précision et conservés avec soin , ne s'est imposé qu'aux XVIIIe et XIXe siècle.Les savants de l'époque ont rattaché les mesures à un nombre restreint d'étalons : mètre , kilogramme , seconde , ampère , kelvin , candela , mole.Les unités dérivées s'en déduisent à l'aide de définitions , relations physiques entre les grandeurs de base et les grandeurs dérivées.Par exemple , l'unité de force du SI est le Newton et elle s'obtient en multipliant la masse par l'accélération.
Les étalons fondamentaux que sont le méridien terrestre , le jour solaire et l'eau pure permettent de définir les unités de base : le mètre , la seconde et le kilogramme . Ils permettent également de définir les unités dérivées : surface , volume , vitesse , accélération , force , travail , puissance...
Afin d'acquérir plus de précision , l'étalon de longueur ( qui a tout de même gardé la même valeur ) a d'abord été le méridien terrestre , puis une règle en platine iridié , puis la longueur d'onde d'une radiation du krypton . En 1983 , il a été défini comme étant égal au trajet parcouru par la lumière en un 299 792 458-ième de seconde pour que sa longueur coïncide avec celle que définissait l'étalon précédent.
L'étalon de masse est conservé à l'abri des poussières , il n'est manipulé que très rarement à l'aide de pinces garnies de peau de chamois . Sa masse n'a pas varié en plus de cent ans.
Le
mètre a été créé en 1747 et défini dans un permier temps comme " la
dix-millionième partie du quart du méridien terrestre " ; c'est-à-dire le dix-millionième de
la distance séparant le pôle nord de l'équateur ( distance entre Dunkerque
et Barcelone ) . Cette nouvelle unité équivalait à 3 pieds 11 lignes
.
D'autres unités ont en même temps été créées :
le litre ( pour les capacités ) : il avait été défini
en 1901 comme étant le volume occupé par 1 kg d'eau pure à la température
de 4°C et sous la pression de 760 mm de mercure .
1 L = 1,000 028
Cette définition a été annulée en 1964 . Le litre
peut être utilisé comme un nom spécial donné au
.
L'unité
de masse , le kilogramme , fut choisi comme la masse d'un
litre d'eau pure à 4°C et à une pression fixée.Une
fois ces mesures établies , les scientifiques créèrent
un étalon fait en platine iridié , l'un des métaux
les plus stables connus au 19e siècle ; ces étalons ne devaient
ni varier en longueur et en masse , ni s'user , ni se dilater . Le mètre
et le kilogramme furent les deux premières unités adoptées
en 1799 pour former la base du système métrique.
En
1832 , Gauss proposa d'ajouter la seconde .Elle fut définie
comme étant égal à 1/ 86 400 jour.
Ce système de trois unités , baptisé " système M K S" ( initiale de chaque unité ) fut officiellement adopté en 1889 par la première Conférence générale des Poids et Mesures .
En
1901 , Giorgi a introduit l'ampère comme quatrième
unité pour mesurer l'intensité d'un courant.
Le
scientifique suédois Anders Celsius ( 1701 - 1744 ) avait mis au
point un appareil permettant de mesurer des températures ( un thermomètre
) pour ses observations météorologiques. Il a choisi de graduer
le thermomètre avec l'échelle suivante : le 0 représente
la température d'ébullition et le 100 correspond à
la température de congélation de l'eau. Cette unité
fut appelée degré Celsius et notée °C. L'échelle
des températures a depuis été inversée. Cependant
, un tel choix pose deux problèmes : il peut y avoir des température
négatives d'une part , d'autre part la température de congélation
et d'ébullition de l'eau n'est pas la même partout sur le Terre.
Les progrès de la chimie au 18e siècle ont permis de mettre
en évidence qu'il est impossible de descendre en- dessous d'une certaine
température ; cette température est appelée le zéro
absolu et correspond à - 273,15 °C. Ainsi , pour éviter
les températures négatives , les scientifiques ont créé
le degré Kelvin dont de zéro est le zéro absolu et
un écart de 1 kelvin correspond à un écart de 1°C.
La température de congélation et d'ébullition de l'eau dépend de la pression ( la température d'ébullition de l'eau baisse avec la pression ) . Quand celle-ci atteint 611,2 Pascals , la température de congélation et de fusion sont confondues : à cette pression , à la température de 0,01°C ( 273,16 K) , la glace se transforme directement en vapeur .Ce point est appelé point triple de l'eau ( point de rencontre des trois phases de l'eau : glace , liquide et vapeur ) et il a l'avantage d'être indépendant de l'endroit où la mesure est effectuée.
En 1954 , le kelvin fut donc officiellement adopté comme unité de mesure de température : un kelvin est défini comme étant 1 / 273,16 e de la température du point triple de l'eau.
Pour les températures habituelles , l'usage du degré celsius est admis. Pour passer de l'un à l'autre : 1 kelvin = 1 degré celsius et 0°C = 273,16 K . Remarquons que pour éviter la confusion entre les degrés celsius et kevin , on parle de kevin et non de degré kelvin.
L'unité
de référence pour l'intensité lumineuse était
celle des "bougies" ( de vraies bougies au début puis plus
tard piles électriques).Cependant , toutes les lampes n'émettant
pas de la lumière avec la même intensité ni avec la
même couleur , une unité universelle fut choisie pour l'intensité
lumineuse et incorporée au système métrique en 1954
, appelée candela et noté cd. En 1979 , cette
définition fut modifiée pour choisir une lampe émettant
une couleur bien précise avec une puissance définie ( la puissance
étant caractérisée par l'énergie émise
dans une direction donnée ) .
En 1960 , la onzième Conférence Générale des Poids et Mesures décida d'appeler les système métrique " système international d'unités " (SI )
Enfin
la dernière unité utilisée pour la " quantité
de matière" est la mole ( noté mol )
. Une mole correspond à
atomes.Elle
fut ajoutée en 1969 aux autes unités du système métrique.
Les scientifiques ont été gênés par certaines grandeurs naturelles qui se sont révélées non constantes , comme la durée d'un jour moyen par exemple qui varie d'année en année ) .La seconde est désormais définie comme étant la mesure de la radiation d'un atome de césium ; la longueur du mètre est définie par la vitesse de la lumière.Seul le kilogramme a encore une valeur officielle définie par un étalon et non par une quantité facilement mesurable.En effet , pour définir la masse d'un kilogramme de façon très précise , il faudrait être capable de compter le nombre d'atomes dans un volume donné , ce qui est actuellement impossible.
1 : le litre ( pour la pinte ) ; 2 : le gramme ( pour la livre ) et 3 : le mètre ( pour l'aune )
Les sept unités fondamentales du système métrique .
le
mètre ( longueurs) «
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par
la lumière en 1 / 299 792458 de seconde » ( 5e et dernière
définition datant de 1983 jusqu'à aujourd'hui )
Le kilogramme
( masse ) « Le
kilogramme ( kg ) est la masse du prototype en platine iridié déposé au
Pavillon de Breteuil à Sèvres »
1kg était toujours égal à 1000 g quel que soit l'endroit et quelque soit
la matière pesée ( par rapport à la première définition
citée ci-dessus ) .En effet , par exemple , il existait plusieurs
valeurs pour la livre ( unité de masse ) , qui différait selon ce qui
était pesé . La définition ci-dessus a succédé
en 1889 au décimètre cube d'eau pure , trop difficile à
réaliser avec précision.
la
seconde ( temps )
« La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes
de radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux
hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133
».
le
kelvin (
température thermodynamique ) «Le
kelvin , unité
de température thermodynamique , est la fraction 1/273,16 de la température
thermodynamique du point triple de l'eau»;son
symbole est K : T ( K ) = t ( ° C ) + 273,16 »
0° K = - 273 , 16 ° C = zéro absolu.
Le
Candela ( intensité lumineuse ) « l'unité lumineuse , dans la direction perpendiculaire
, d'une surface de 1/600.000 m² d'un corps noir à la température de congélation
du platine sous la pression de 101 325 newtons / m² »
Définition du Bureau des poids et mesures : " Le candela est l'intensité lumineuse , dans une direction donnée , d'une source qui émet un rayonnement monochromatique et de fréquence 540 . 10^12 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 watt par stéradian" .
Et
pour les sous-multiples : le nombre de noms doit être le plus petit
possible . Les mots racines étaient les suivants : mètre ,
litre , gramme , are , stère . Les préfixes pour les multiples
( grecs ) étaient : déca , hecto , kilo , myria ; et les préfixes
pour les sous-multiples ( latins ) : déci , centi , milli .
Seuls les Etats-Unis et la Grande Bretagne conservent leur système établi au XIIIe siècle ( et encore utilisé ) : la livre ; les onces ; les yards ; les pieds et les pouces ; les pintes et les gallons.
voir aussi le Bureau International des poids et mesures : http://www.bipm.fr/fra
Usage des nouvelles mesures :
4 : l'arc ( pour la toise ) ; 5 : le franc ( pour une livre tournois ) et 6 : le stère ( pour la dennie voie de bois )