27 Septembre 2012 À 15:49
Plusieurs milliers d’années avant notre ère, l’homme avait compris le rythme des années, des saisons, de la lune, l’alternance des jours et des nuits. Partout, il attribuait aux dieux cette régularité cyclique. C’est peut-être pour essayer de s’affranchir de leur toute-puissance qu’il a essayé de domestiquer le temps en le dominant. Il y eut certainement le cadran solaire qui permettait de référer à la position des ombres pour définir l’heure. Mais à côté des cadrans solaires, des dispositifs ont été imaginés pour mesurer l’écoulement du temps. Le plus connu est la clepsydre (textuellement en grec : voleur d’eau). Plus précise et plus régulière que le cadran, la clepsydre pouvait surtout calculer le temps de jour comme de nuit. Elle était, à l’origine, conçue pour matérialiser des durées relativement brèves. La plus ancienne jamais retrouvée est la clepsydre de Karnak, fabriquée pour Aménophis III, vers 1400 av. J.C. Il s’agit d’un simple vase d’albâtre, aux parois évasées, dont le fond est muni d’une ouverture destinée à laisser passer l’eau et dont le pourtour est gravé de hiéroglyphes représentant diverses divinités. A l’intérieur, 12 traits verticaux indiquent les 12 mois de l’année et des traits horizontaux marquent des durées égales d’écoulement. Le découpage de l’année et de la journée en unités égales était enfin possible.
Les unités des grandeurs géométriques, cinématiques et mécaniques sont obtenues par combinaison des trois unités : le mètre (longueur), le kilogramme (masse) et la seconde (temps). Ces trois unités sont appelées unités de base pour cette raison. On a dû ajouter le kelvin (température) et la mole (quantité de matière) pour les grandeurs thermodynamiques ; l’ampère (intensité électrique) pour les grandeurs électriques ; et la candela (intensité lumineuse) pour la photométrie. On doit ajouter deux autres unités purement géométriques : le radian (angle plan) et le stéradian (angle solide), elles sont appelées unités SI supplémentaires ; on peut alors en théorie se contenter de ces neuf unités en fonction desquelles on peut exprimer toutes les grandeurs physiques par combinaisons.
Les définitions des unités de base du SI ont évolué au cours de l’histoire dès que les besoins de précision de certains utilisateurs n’étaient plus satisfaits.Les méthodes de mesure et les étalons eux-mêmes progressent et se renouvellent constamment. En effet, plus les unités de mesure ont une définition précise, et plus les valeurs mesurées peuvent être fines. Les travaux concernant les étalons fondamentaux, effectués notamment par les laboratoires nationaux de métrologie du LNE et par le Bureau international des poids et mesures, ne connaîtront sans doute jamais de fin.L’évolution de la définition du mètre dans le sens de sa dématérialisation en est l’illustration. L’unité mètre, définie par rapport au quart du méridien, avait un caractère universel, mais il est certain que sa mise en œuvre soulevait de nombreuses difficultés. C’est pourquoi son étalon fut d’abord le mètre des Archives, puis le prototype international du mètre à partir de 1889.Le 14 août 1960, le mètre est redéfini comme étant égal à 1 650 763,73 fois la longueur d’onde, dans le vide, d’une radiation orangée de l’atome krypton 86. Cette définition, fondée sur un phénomène physique, marquait le retour à un étalon naturel, reproductible, offrant des garanties de permanence et d’invariabilité permettant d’avoir une exactitude près de cinquante fois supérieure à celle qu’autorisait le prototype international, et une meilleure garantie de conservation à très long terme. En 1983, à la suite des importants travaux sur la vitesse de la lumière et sur les horloges atomiques, le mètre est redéfini en fonction de la vitesse de la lumière, comme égal «à la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant 1/299 792 458e de seconde».
Le système impérialLes seuls pays à ne pas avoir adopté, de manière officielle, le système métrique sont le Liberia, la Birmanie et les États-Unis. En Angleterre, le système métrique international est en vigueur, mais les unités impériales sont encore utilisées dans certains domaines.C’est pour ces raisons que la plupart des unités non métriques sont anglo-saxonnes. Souvent héritées de quantités de la vie courante (pouce, pied, boisseau), ces unités sont regroupées dans le système, dit impérial, qui s’oppose au système métrique, aussi appelé international. Ce système impérial n’est pas unique. Ainsi, ses unités n’ont pas les mêmes valeurs dans tous les pays.Les longueursDans le système métrique, le mètre était défini comme le dix millionième de 1/4 de méridien, avant d’obtenir une définition plus précise, basée sur la vitesse de la lumière. Dans le système non métrique, on trouvera, le plus communément, les unités inch, foot et yard, traduites pouce, pied et verge. Si 1 cm vaut un centième de mètre, 1 yard est l’équivalent de 3 pieds qui valent chacun 12 pouces. Pour la conversion, un yard mesure 0,91 m et un inch 25,4 mm. Les unités, inch et foot, sont utilisées pour les objets mesurant jusqu’à quelques mètres, par exemple, la taille d’une personne. Le yard sert aux distances plus longues. Un terrain de football américain est long de 100 yards. Pour des distances plus importantes, comme entre deux villes, les miles vont être utilisés. Un mile équivaut à 1,609 km.
Les volumesLes volumes se mesurent en pinte, pour les plus petits, et en gallon, pour les plus importants. Ces unités n’ont pas la même valeur en Angleterre ou aux États-Unis. Il faut donc être vigilant lors de conversions. De la même manière, il existe une définition de la pinte et du gallon pour les matières liquides et les matières sèches. Ainsi, une pinte d’eau vaut 0,586 l au Royaume-Uni, 0,473 l aux États-Unis, où une pinte de blé désigne 0,550 l. Dans tous les cas, un gallon est égal à 8 pintes. On pourrait ajouter les poids, les surfaces ou les températures de ces systèmes de mesures non métriques, qui semblent au-delà de toute logique dans les esprits des Européens. Il reste à noter que dans la vie de tous les jours, des expressions, comme une cuillerée ou un verre, sont souvent utilisées.
Comment naît une unité Une unité de mesure est définie par un étalon. Les étalons doivent avoir les qualités suivantes :précision maximale (caractère déterminant, car l’étalon peut donc changer si la technologie évolue et en trouve un plus précis), caractère naturel et invariant (dans le temps et l’espace), reproductible.Remarque : les relations de définition sont arbitraires, et l’universalité de l’étalon ne peut résulter que d’une convention entre les hommes.