Gramme, mètre, litre, seconde : comment ces mesures étalons sont-elles devenues communes à tous ?

Si l’on parle de 1 kilo, vous savez à quoi cela correspond… mais pas précisément ! Le kilo qui fait référence pour tous les autres, c’est le kilogramme étalon : un cylindre en métal conservé à Paris. Mais les scientifiques se sont rendu compte que paradoxalement, son poids pouvait varier ! D’où la recherche d’une autre manière de représenter le kilo comme unité de mesure. De manière universelle et jusqu’à la fin des temps. Et c’est une révolution…

Le kilo étalon varie !

Depuis 1889, le kilo référence est un petit cylindre composé de platine et d’iridium, conservé sous trois cloches dans un coffre-fort du Bureau international des poids et mesures. Un très grand… poids repose sur ses épaules puisqu’il s’agit de la référence internationale pour toutes les mesures de masse dans le monde. Son alliage permet en théorie une imperméabilité aux conséquences du temps. Mais, en pratique, le temps fait son
oeuvre. En 129 ans, sa masse aurait varié de 50 microgrammes, soit l’équivalent… d’une empreinte digitale. Cette variation est anecdotique lorsqu’il s’agit de faire son marché ou de se peser. Mais elle peut devenir problématique pour les sciences, entrées dans l’ère de l’infiniment petit. En 2019, la Conférence des poids et mesures a redéfini le kilo en se basant sur une formule mathématique immuable, tirée de la constante de Planck, utilisée en physique quantique.

Une nouvelle définition de la seconde

La seconde a été redéfinie en 1967 : elle ne se base plus sur la rotation de la Terre (soit 1/86.400 du jour solaire moyen), mais sur les oscillations d’un atome de césium (plus intéressant que le quartz). La seconde est la durée de 9.192.631.770 périodes de vibration de cet atome. On pourrait penser qu’avec la précision exceptionnelle des horloges atomiques, la seconde est définitivement fixée. Mais la rotation de la Terre subit à certaines périodes de légères variations. Et si la Terre tourne moins vite, la durée du jour rallonge ! Il y a 300 millions d’années, le seconde ne sont plus compatibles : les 9 milliards et quelque de vibrations durent un tout petit peu moins longtemps que 1/86.400e de jour solaire. Pour y remédier, on ajoute des secondes intercalaires. Soit 27 secondes depuis 1972. Pas besoin de régler sa montre pour si peu… mais nos systèmes informatiques suivent le changement. Actuellement, les meilleures horloges atomiques ont atteint leurs limites de précision. Une nouvelle définition de la seconde devrait être concrétisée d’ici à 2025. Parmi les pistes étudiées : les horloges optiques.

Le mètre perd sa taille

Jusqu’à la fin du XVIIIe siècle, on utilisait en France plus de 700 unités de mesures différentes, souvent empruntées à la morphologie humaine : le doigt, le pied, la coudée… Le système métrique décimal est institué en 1795. La loi définit le mètre comme 1/10.000.000e de la distance entre le pôle Nord et l’équateur. Un mètre
étalon en platine est déposé en 1799 aux Archives de la République. Cependant, comme le kilo, l’étalon du mètre conservé soigneusement semble perdre sa taille exacte… Sa définition fut modifiée en 1983 : le mètre
est désormais la distance parcourue par la lumière pendant 1/299.792.458e de seconde.

Le litre

De son côté, le litre est défini en 1795 comme la mesure du volume dont la contenance est égale au décimètre cube. En 1901, le Bureau international des poids et mesures redéfinit le litre comme le volume occupé par la masse de 1 kilogramme d’eau pure (à son maximum de densité et sous la pression atmosphérique normale). Cette définition fut cependant abrogée en 1964, suite à la constatation d’une différence de 28 millionièmes. Et le litre fut redéfini comme un nom spécial pour le décimètre cube !

Les miles

Et les miles, dans tout ça ? Le mile anglo-américain, utilisé aux États-Unis, au Royaume-Uni et dans divers pays du Commonwealth, équivaut à 1.609,344 mètres. Il trouve son origine dans une loi du Parlement anglais de 1592 sous le règne de la reine Elizabeth Ire, qui définit le mile réglementaire valant 1.760 yards, soit 5.280 feet (pieds).

Cet article est paru dans le Télépro du 13/6/2024