Mètre

Mètre
La barre de l'alliage de platine-iridium utilisée comme étalon du mètre de 1889 à 1960.
La barre de l' alliage de platine- iridium utilisée comme étalon du mètre de 1889 à 1960.
Informations
Système Unités de base du Système international
Unité de... Longueur
Symbole m
Conversions
1 m en... est égal à...
   Unités US   3,28084  pieds
     39,3701  pouces

Le mètre ( symbole m, du grec ancien μέτρον, métron : mesure [1]) est l' unité de base de longueur du Système international (SI). Le mètre est à la fois un étalon de longueur et une unité de mesure du système métrique décimal.

En tant qu'étalon, il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde [2].

Historique

Au début de l' ère chrétienne, une relative uniformité des unités de longueur avait régné, dans le bassin méditerranéen, grâce à la suprématie de l' Empire romain qui avait imposé de fait le pied romain. [réf. nécessaire] Le pied romain dérive des pieds grecs et égyptiens de l'antiquité mais aussi sumériens. Chaque culture apportant ses propres traits et connaissances aux savoirs qui se diffusent. [réf. nécessaire]

Avec la décadence puis le morcellement de l'Empire romain, chaque peuple a progressivement défini une unité de mesure de longueur et un étalon adapté à sa région ou à son activité. [réf. nécessaire]

Plusieurs projets d'unification, lancés par divers monarques, n'ont pu mettre fin à ces pratiques locales [3].

Prémices d'une définition universelle

En 1668, John Wilkins publie la description d'une « mesure de longueur universelle », d'une unité de mesure dans le système décimal et qui serait la longueur d'un pendule qui oscille avec un battement d'une seconde, soit une période de 2 secondes. Sa longueur fondamentale est de 38 pouces de Prusse (1 pouce prussien = 26,15 mm), soit 993,7 mm. Dans ce même ouvrage, il en déduit la mesure du litre et du kilogramme, même si elles ne sont pas nommées ainsi [4].

Sept ans plus tard, Tito Livio Burattini publie Misura Universale, ouvrage dans lequel il renomme la mesure universelle de Wilkins en metro cattolico (littéralement « mesure catholique » c'est-à-dire « universelle ») et confirme la définition du mètre.

Il faudra cependant attendre plus d'un siècle pour que le mètre soit adopté et son usage généralisé par l' esprit des Lumières et de la Révolution française. Auparavant, les longueurs étaient mesurées en référence à l'humain (le pouce, le pied, la toise) ; comme chaque être humain est différent, on prenait souvent comme référence le roi, ce qui était un symbole monarchique fort [réf. nécessaire]. En pleine période révolutionnaire, en France, il fut donc décidé, afin de supprimer toute référence à un homme particulier et pour faciliter la diffusion du savoir, de choisir un étalon non humain unique et d'utiliser des multiples et sous-multiples de 10. Fini ainsi le pied qui valait 12 pouces. [réf. nécessaire]

Une longue série de tentatives va ainsi être concrétisée par l'adoption à l' Assemblée nationale, le , de deux décrets (signés par le roi Louis Louis XVI, le 22 août) relatifs au projet d'unification des poids et mesures, proposé par Charles-Maurice de Talleyrand-Périgord, permettant le début des travaux d'une commission de l' Académie française des sciences [5].

Première définition du nouvel étalon de mesure

En 1780, Paucton  Alexis-Jean-Pierre publie Métrologie ou Traité des mesures, poids et monnoies des anciens peuples & des modernes. Dans cet ouvrage, il est question d'étudier et de recenser les différents systèmes métriques utilisés et qui ont été en usage ainsi que de proposer un système métrique universel avec un étalon stable et immuable. L'auteur observe que les différents systèmes métriques anciens et présents qui coexistent, possèdent pour source une approximation du degrés d'un arc de Méridien. Pour l'auteur, se baser sur un Méridien amène à plus de précision que la longueur d'un pendule qui oscille durant une seconde. L'auteur rapporte dans son ouvrage plusieurs variations de mesures de cette longueur qui ont été effectuées par différents astronomes et scientifiques à plusieurs endroits du globe. Ce qui pose problème pour l'auteur dans un tel choix, c'est la dilation des matériaux du pendule et instruments de mesures en fonction des températures et climats ce qui produit des variations dans les mesures en fonction des endroits du globe ce qui nuit à la recherche d'universalisme ainsi qu'à la stabilité nécessaire dans la conception d'un étalon [6]. L'auteur rapporte également des variations de résultats qui sont présentes dans les différentes mesures d'un degrés d'un arc de Méridien qui ont été effectuées. Des arcs de méridien avaient déjà été mesurés notamment entre Amiens et Paris, en Laponie et au niveau de l'équateur ce qui avait permis entre autres de définir la forme de la planète Terre [7]. Pour se soustraire à ces variations, il s'agirait de ce fait de se baser sur la mesure d'un degrés d'arc de Méridien pris à la latitude à un seul endroit déterminé de la planète et de considérer sa 400 millième partie et que chaque pays se devra d'adopter [8]. L'auteur propose de nommer cet étalon le pied géométrique ou le métrétès linéaire. [9]

Le rapport de l'Académie des sciences du — présenté par Nicolas de Condorcet — préconisait, parmi les propositions de Jean-Charles de Borda, que l'unité de longueur, baptisée mètre, soit basée sur une distance correspondant à une partie de l' arc du méridien terrestre [5]. Elle suggérait aussi que « l'on mesure, non pas tout un quart de méridien, mais l'arc de neuf degrés et demi entre Dunkerque et Montjuïc ( Barcelone), qui se trouve exactement de part et d'autre du 45e parallèle et dont les extrémités sont au niveau de la mer [5]. »

Première définition du mètre : illustration du demi-méridien terrestre passant par Paris.

Le mètre est défini officiellement le par l'Académie des sciences comme étant la dix-millionième partie de la moitié de méridien terrestre (ou d'un quart de grand cercle passant par les pôles), ou encore le dix-millionième de la distance pour aller par le plus court chemin d’un pôle à un point donné de l’équateur [3]. Il s'avère que cette grandeur est quasiment identique au mètre du pendule défini à une latitude de 45° et au niveau de la mer, puisque celui-ci valait 0,993977 m de la nouvelle unité [10], [N 1].

Si ce n'est le corps humain, la nature restait donc la référence ; bien que la définition de Burattini aurait pu s'avérer plus précise, la définition du mètre par rapport à la longueur d’un chemin fut jugée plus compréhensible que celle d’un pendule liée à la définition de la seconde mais aussi à d'autres grandeurs comme la pesanteur [10], [N 2].

Toutefois, cette définition ne permettait pas de concrétiser le nouvel étalon pour le légaliser. En , Jean-Baptiste Joseph Delambre fut chargé de mesurer la distance entre Dunkerque et Rodez grâce à un système de triangulation, d'outil astronomique tel le cercle répétiteur, pendant que Pierre Méchain mesura celle de Barcelone à Rodez. Ils devaient se retrouver à Rodez. Cela devait permettre d'établir précisément et concrètement la longueur du nouvel étalon.

En 1793, à Montjuïc près de Barcelone, Méchain détecta une incohérence entre les longueurs relevées et le relevé astronomique de la position des étoiles. La guerre franco-espagnole l'empêcha de réitérer ses mesures. Cet écart, qui n'était en fait pas dû à une erreur de manipulation mais à l' incertitude des instruments utilisés [N 3], le plongea dans un profond trouble et il mit tout en œuvre pour éviter de devoir rendre compte de ses travaux à Paris.

En août 1793, la Convention nationale décréta que le système nouveau des poids et mesures se substituerait à l'ancien pour toute la République française.

C’est finalement la mesure de Delambre qui fut adoptée par la France le comme mesure de longueur officielle [11], [10].

Mètre étalon par Chalgrin
36, rue de Vaugirard, Paris, 6e
(marbre et laiton) [N 4]

De à , seize mètres-étalons gravés dans du marbre furent placés dans Paris et ses alentours, pour familiariser la population avec la nouvelle mesure. Aujourd'hui, il n'en subsiste que quatre :

En 1799, Méchain se résigne à se rendre à une conférence internationale qui salue son œuvre scientifique. Il maquille alors ses résultats, ce qui rend le mètre-étalon de 1795 trop court de 0,2 mm par rapport à sa définition initiale de 1791 donnée par l’Académie des sciences. Ainsi en 1799, un nouveau mètre-étalon en platine fut créé à partir de cette définition et devint la référence (loi du 19 frimaire an VIII) [13]. La « fraude » de Méchain ne sera découverte par Delambre qu'en 1806, année où il réétudiera l'ensemble des résultats lors de la rédaction de Base du système métrique, sans pour autant renier ce nouveau mètre-étalon qui ne correspondait plus à la définition de 1791 de l’Académie des sciences. Ce second mètre-étalon (qui sera utilisé pendant 90 ans, soit la plus longue période légale pour ce mètre) ne correspondait donc déjà plus à la Terre.

Mais un des événements majeurs liés au développement de l'étalon est le développement du système de mesure et d'unité de mesure qui y sera associé, le système métrique décimal, qui est officiellement adopté en France par la loi du qui favorise la connaissance à l'étranger de ce système. Avant même d'y être officiellement adopté, il est progressivement utilisé aux Pays-Bas en 1816, en Grèce en 1836, en Espagne en 1849, en Italie en 1850, aux États-Unis en 1866, en Allemagne en 1868, au Canada en 1871, etc. [14]

Le premier mètre étalon du BIPM

En 1889, le Bureau international des poids et mesures (BIPM) redéfinit le mètre comme étant la distance entre deux points sur une barre d'un alliage de platine et d' iridium. Cette barre (la troisième concrétisation légale du mètre-étalon) est toujours conservée au pavillon de Breteuil à Sèvres [15].

Cette concrétisation du mètre s'avérera vite assez peu compatible avec les progrès réalisés et avec les besoins de précision demandés par le milieu scientifique. Celui-ci s'inquiète déjà des conditions de conservation de ce mètre légal également difficile à reproduire en laboratoire, le mètre-étalon légal n’étant pas assez accessible pour permettre des mesures comparatives précises sans en même temps en altérer irrémédiablement ses propriétés physiques.

Définitions modernes

En 1960, la 11e  Conférence générale des poids et mesures (CGPM) redéfinit le mètre comme 1 650 763,73  longueurs d'onde d'une radiation orangée émise par l' isotope 86 du krypton [16].

La 17e CGPM de 1983 redéfinit la vitesse de la lumière dans le vide absolu à 299 792 458 m/ s, ce qui a pour effet de réviser la valeur du mètre comme étant la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde [2], [3].

La vitesse de la lumière dans le vide étant la même en tous points (résultat établi par l' expérience de Michelson-Morley et ayant servi de base à la relativité restreinte), la définition de 1983 est plus précise que l'antérieure car la seconde est l'unité du Système international (SI) qui est mesurée avec la plus faible incertitude [16], [2].

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