Lesystème métrique est un système décimal international de poids et mesures, basé initialement sur lemètre pour la longueur et lekilogramme pour la masse, adopté en France en 1795 et qui a été en vigueur jusqu'en 1960 où il a été remplacé par lesystème international d'unités (SI). Il est aujourd'hui utilisé officiellement dans presque tous les pays.
Devant la profusion des unités de poids et mesures existant dans tous les pays d'Europe auMoyen Âge, un mouvement se dessine dès le milieu duXVIe siècle pour trouver une mesure universelle au sens de « commune aux peuples européens ». Le NéerlandaisIsaac Beeckman en 1631, puis le BritanniqueChristopher Wren en 1664, l’abbé Picard en France en 1669 et le NéerlandaisChristian Huygens en 1673 sont, chronologiquement, les premiers à proposer de choisir comme unité universelle la longueur du pendule battant la seconde. Mais l’idée de créer un nouveau système décimal de mesure basé sur la circonférence de la Terre, proposée pour la première fois parGabriel Mouton en 1670 va l’emporter avec les travaux géodésiques entrepris auXVIIIe siècle. Laloi du 18 germinal an III (7 avril 1795) institue le système métrique décimal, s'appuyant sur l’unité de longueur, définie comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, et l’unité de masse qui en est déduite comme celle d’un décimètre cube d’eau distillée. La seconde, unité de temps, qui avait été confirmée par la loi du 4 frimaire an II (24 novembre 1793) relative à la décimalisation de l’heure, s'ajoute au système. Une valeur provisoire est donnée au mètre, exprimée en toises, puis définitive en 1799, après la mesure d'un arc de méridien entre Dunkerque et Barcelone entreprise par Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, pendant près de sept ans entre 1792 et 1799.
En 1875, une conférence internationale se réunit à Paris pour créer unBureau international des poids et mesures. Laconvention du Mètre signée à cette occasion prévoit la création d'un laboratoire permanent àSèvres, près de Paris, où sont conservées les normes internationales, inspectées les copies des normes nationales et menées des recherches métrologiques. LaConférence générale des poids et mesures (CGPM), qui réunit les représentants diplomatiques d'une quarantaine de pays, se réunit tous les six ans pour examiner les réformes. La conférence sélectionne 18 scientifiques qui forment le Comité international des poids et mesures qui dirige le bureau.
Le système métrique est utilisé pour mesurer les choses quotidiennes telles que la masse d'un sac de farine, la taille d'une personne, la vitesse d'une voiture, et le volume de carburant dans son réservoir. Il est également utilisé dans la science, l'industrie et le commerce.
égale à la dix-millionième partie de l’arc du méridien terrestre compris entre le pôle boréal et l’équateur.
Mesure de superficie, pour les terrains
Are
égale à un carré de dix mètres de côtés.
Mesure destinée aux bois de chauffage
Stère
égale au mètre cube.
Mesure de capacité, tant pour les liquides que pour les matières sèches
Litre
Contenance sera celle du cube de la dixième partie du mètre.
Mesure de poids
Gramme
poids absolu d’un volume d’eau pure égal au cube de la centième partie du mètre, et à la température de la glace fondante
Mesure de monnaie
Franc
en remplacement de celui delivre usité jusqu’alors
Les articles 6 et 7 précisent le procédé de construction des multiples et sous- multiples.
« Article 6 : La dixième partie du mètre se nommeradécimètre sa centième partiecentimètre. On appelleradécamètre une mesure égale à dix mètres : ce qui fournit une mesure très commode pour l’arpentage.Hectomètre signifiera la longueur de cent mètres. Enfin,kilomètre etmyriamètre seront des longueurs de mille et dix mille mètres, et désigneront principalement les mesures itinéraires. Article 7 : Les dénominations des mesures des autres genres seront déterminées d’après les mêmes principes que celles de l’article précédent : Ainsi,décilitre sera une mesure de capacité dix fois plus petite que le litre;centigramme sera la centième partie du poids d’un gramme. On dira de mêmedécalitre pour désigner une mesure contenant dix litres ;hectolitre, pour une mesure égale à cent litres. Unkilogramme sera un poids de mille grammes. On composera d’une manière analogue les noms de toutes les autres mesures. Cependant, lorsqu’on voudra exprimer les dixièmes ou les centièmes du franc, unité des monnaies, on se servira des motsdécime etcentime, déjà reçus en vertu des décrets antérieurs[Jed 1],[Jed 2]. »
Le décret de 1812 apporte une certaine confusion en autorisant la fabrication de « mesures usuelles » : latoise, l'aune, lelitre, leboisseau et lalivre. Ainsi latoise de 1812 vaut exactement deux mètres et divisée comme auparavant en 6 pieds et 72 pouces. Le pouce est divisé en 12 lignes. Le pied et le pouce, valent environ 333,3 mm et 27,78 mm, sont environ 2,6 % plus grands que les précédentes mesures parisiennes et 9 % plus grandes que leurs homologues britanniques[1]. Les grains ou autres matières sèches pourront être mesurés, dans la vente au détail, avec une mesure égale au huitième de l’hectolitre, qui prend le nom de boisseau. Le double boisseau est égal à un quart d'hectolitre, le demi-boisseau un seizième, le quart de boisseau 1/32ème[2]. Enfin un arrêté pris en 1816, sous la Restauration, rend obligatoire dans le petit commerce l’usage des mesures usuelles et interdit l’usage de fractions décimales[3].
La loi du 4 juillet 1837, votée sous le gouvernement du roi Louis-Philippe, rendant obligatoire, en France, le système métrique décimal, est suivie d'un tableau des mesures légales donnant la nomenclature des diverses grandeurs et de leurs multiples et sous-multiples, les valeurs de ceux-ci en fonction des unités principales, la définition des unités fondamentales et enfin l'indication des prototypes qui les représentent[4].
Le mètre est la longueur à la température de zéro du prototype international, en platine iridié, qui a élé sanctionné par la Conférence générale des poids et mesures tenue à Paris en 1889 et qui est déposé au pavillon de Breteuil, à Sèvres. La copie n° 8 de ce prototype international, déposée aux Archives nationales, est l'étalon légal pour la France.
L'unité, de surface et l'unité de volume sont respectivement le mètre carré (m2) et le mètre cube (m3). On donne à la première le nom de centiare quand elle s'applique à la mesure des terrains, et a la seconde le nom de stère quand elle s'applique à la mesure des bois.
La masse d'un corps correspond à la quantité de matière qu'il contient; son poids est l'action que la pesanteur exerce sur lui. En un même lieu, ces deux grandeurs sont proportionnelles l'une à l'autre : dans le langage courant, le terme « poids » est employé dans le sens de « masse ».
Le tableau annexé à la loi du 11 juillet 1903 modifie le tableau de 1837 en ajoutant un symbole pour chaque unité.
Tableau des mesures légales en exécution de la loi du 11 juillet 1903 et décret du 28 juillet 1903[5]
Mesures de capacité pour les liquides, céréales et matières pulvérulentes. Le litre, défini par les metrologistes comme le volume d’une masse de 1 kg d’eau, à 4°C et sous la pression de 76 cm de mercure, excède de moins de 1/30000 le décimètre cube.
Stère
st
1 m3
S'emploie pour le mesurage des bois
Angles
Angle droit
D
1 D
Grade
gr
1/ 100 D
Degré
d ou °
Le symbole ° peut être employé quand la nature de l’unité considérée ne fait pas de doute, notamment lorsque l'angle exprimé comprend des minutes en même temps que des degrés. Les sous-unités sont les minutes et secondes)
Unités de masse
Masses
Tonne
t
1 t ou 1000 kg
Base du système M. T. S. Unité principale.
Kilogramme
kg
1/ 1000 t
Définition : Masse du prototype international en platine iridié, qui a été sanctionné par la Conférence générale des Poids et Mesures tenue à Paris en 1889, et qui est déposé au Pavillon de Breteuil à Sèvres. (Comme le kilogramme des Archives, le prototype international du kilogramme excède d’environ 27 mg la masse du décimètre cube d’eau prise à son maximum de densité, définition première du kilogramme.) Étalon : Copie n° 35 du kilogramme prototype international, déposé au Conservatoire national des Arts et Métiers.
Carat
2 dg
S’emploie dans le commerce des pierres précieuses.
Degré densitométrique
Les densités correspondent aux anciensdegrés Baumé
Degré alcoométrique centésimal.
Dans les transactions commerciales, le nombre de degrés alcoométriques d’un mélange d’alcool et d’eau pure à la température de 15 °C , correspond au titre volumétrique, suivant l’échelle volumétrique centésimale de Gay-Lussac.
Unités de temps
Seconde
s
1 s
1/86400 du jour solaire
Minute
mn
60 s
Heure
h
3600 s
Jour
j
86400 s
Unités mécaniques
Forces
Sthène
sn
1 sn
Force qui, en 1 s , communique à une masse égale à 1 t un accroissement de vitesse de 1 m par seconde.
Dyne
1 / 100 000 000 sn
Unité C. G. S.
Kilogramme-poids
0,98 csn
Force avec laquelle une masse égale à 1 kg est attirée par la Terre.
Énergie ou travail
Kilojoule
kJ
1 kJ
Mégajoule
MJ
1000 kJ
1 kilowatt-heure correspond à 3,6 mégajoules.
Joule
J
1 / 1000 kJ
Erg
1 / 10 000 000 J
Unité C. G. S.
kilogrammètre
9,8 J
Puissance
kilowatt
kW
1 kW
Puissance qui produit 1 kilojoule par seconde.
Watt
W
1 / 1000 kW
Poncelet
1 p = 0,98 kW
Puissance correspondant à ioo kilogrammètres par seconde.
Cheval-vapeur
0,75 poncelet
Puissance correspondant à 75 kilogrammètres par
seconde.
Pression
Pièze
pz
Pression uniforme qui, répartie sur une surface de 1 mètre carré, produit un effort total de 1 sthène.
Hectopièze
L’hectopièze est employée parfois sous le nom de BAR pour la mesure des pressions barométriques.
Kilogramme-poids par unité de surface.
Pression uniforme qui, répartie sur la surface prise pour unité, produit un effort total de 1 kilogramme-poids. (La pression atmosphérique normale de 76 cm de mercure à 0° et sous l’accélération normale de la pesanteur (980,665 cm/sec 2 ), fréquemment employée aussi comme unité de pression, correspond à 1,013 hectopièze ou à 1,033 kilogramme-poids par centimètre carré.
Unités électriques
Résistance électrique
Ohm
O
1O
1 milliard d’unités de résistance du système électro magnétique C. G. S. Étalon : « Ohm international », résistance offerte à un courant invariable par une colonne de mercure prise à la température de O°, ayant une longueur de 106,300 cm et une masse de 14,4521 g.
Intensité de courant électrique
Ampère
A
1A
1 dixième de l’unité de courant du système électromagnétique C. G. S. Représentation : « Ampère international » intensité du courant uniforme qui dépose, par seconde, 0,00111800 g d’argent, par électrolyse d’une solution aqueuse de nitrate d’argent.
Force électromotrice ou différence de potentiel ou tension
Volt
V
1V
Différence de potentiel existant entre les extrémités d’un conducteur dont la résistance est 1 ohm, traversé par un courant invariable égal à 1 ampère. Représentation : « Volt international » pratiquement égal à 1/1,0183 de la force électromotrice, à la température de 20°C, de la pile au sulfate de cadmium.
Quantité d'électricité
Coulomb
C
1C
Quantité d’électricité transportée, pendant une seconde, par un courant invariable de 1 ampère. Représentation : « Coulomb international » pratiquement égal à la quantité d’électricité qui correspond au dépôt électrolytique de 0,00111800 g d’argent.
Unités calorifiques
Température
Degré centésimal
°
1 °
Variation de température produisant la centième partie de l’accroissement de pression que subit une masse d’un gaz parfait quand, le volume étant constant, la température passe du point o degré (température de la glace fondante) au point 100 degrés (température d’ébullition de l’eau), ces deux points correspondant aux définitions qu’en ont donné les Conférences générales de 1889 et de 1913. Représentation : Variation de température qui produit la centième partie de l’accroissement de pression que subit une masse d’hydrogène, quand, le volume restant constant, la température passe de celle de la glace fondante (0 °C) à celle de la vapeur d’eau distillée en ébullition (100 °C), sous la pression atmosphérique normale. La pression atmosphérique normale est représentée par la pression d’une colonne de mercure de 700 mm de hauteur ayant la densité de 13,595 93 et soumise à l’intensité normale de la pesanteur, mesurée par une accélération égale à 9,806 65 en mètres et en secondes.
Quantité de chaleur
Thermie
th
1 th
Quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 degré centésimal la température d’une masse de 1 tonne d’un corps dont la chaleur spécifique est égale à celle de l’eau à 15 °C , sous la pression de 1,013 hectopièze (pression atmosphérique normale).
Source d’intensité égale à 1/20 de celle de l’étalon Violle. Étalon : Étalon Violle, source lumineuse constituée par une aire, égale à celle d’un carré de 1 cm de côté, prise à la surface d’un bain de platine rayonnant normalement, à la température de la solidification, conformément aux décisions de la Conférence internationale des électriciens, tenue à Paris en 1884, et du Congrès international des électriciens, tenu à Paris en 1889. Représentation. — La bougie décimale est représentée pratiquement et d’une manière permanente par une fraction déterminée de la moyenne des intensités moyennes, mesurées perpendiculairement à l’axe, d’au moins cinq lampes à incandescence déposées au Conservatoire des Arts et Métiers.
Flux lumineux, émané d’une source uniforme, de dimensions infiniment petites et d’intensité égale à 1 bougie décimale, et rayonné, en 1 seconde, dans l’angle solide qui découpe une aire égale à 1m2 sur la sphère de 1 m de rayon, ayant pour centre la source.
Éclairement
Lux
lx
Éclairement d’une surface de 1m2 recevant un flux de 1 lumen, uniformément réparti. Multiple usuel : Phot, valant 10 000 lx.
Ce tableau général de 1919 est remanié en 1947 afin de tenir compte des résolutions internationales concernant les unités électriques et photométriques, notamment celles de 1946. Ces modifications sont étudiées successivement par le Comité technique des Instruments de Mesure, le Bureau National, Scientifique et Permanent des Poids et Mesures, l'Académie des Sciences et le Conseil d'État. Les travaux sont sanctionnés par la loi du 14 janvier 1948 qui modifie la loi du 2 avril 1919 et le décret du 28 février 1948 qui remplace et abroge le décret du 26 avril 1919. Dans la nouvelle réglementation, l'Ohm et l'Ampère internationaux sont supprimés de la liste des unités principales et remplacés, à titre d'unités secondaires, par l'Ohm et l'Ampère absolus, tels qu'ils sont définis dans les Résolutions du Comité international d'octobre I946. Labougie décimale est remplacée par labougie nouvelle définie dans les mèmes résolutions[6].
La Convention du mètre est signée le 20 mai 1875. Après une tentative infructueuse de la section française pour réaliser des étalons de référence en un alliage de platine et d'iridium, l'entreprise britannique Johnson et Matthey fabrique 30 prototypes entre 1882 et 1888. Parmi ceux-ci, la premièreConférence générale des poids et mesures (CGPM) sélectionne pour le mètre le 26 septembre 1889 la règle n°6 comme mètre international et adopte la résolution suivante[M 2]
« [...] Considérant que les équations des mètres nationaux, par rapport au mètre international, sont renfermées dans la limite de 0,01 de millimètre, et que ces équations reposent sur une échelle thermométrique à hydrogène, qu’il est toujours possible de reproduire, à cause de la permanence de l’état de ce corps, en se plaçant dans des conditions identiques; [...] sanctionne, en ce qui concerne les prototypes internationaux : * Le prototype international du mètre, représentant désormais, à la température de la glace fondante, l’unité métrique de longueur. * Le prototype du kilogramme adopté par le Comité international, considéré désormais comme unité de masse. * L’échelle thermométrique centigrade à hydrogène par rapport à laquelle les équations des mètres prototypes ont été établies. »
Les prototypes internationaux sont alors déposés, à 9 mètres sous terre, dans un des caveaux duPavillon de Breteuil, le mètre étant dans un étui métallique[J 1]. À la différence du mètre des Archives, le prototype international est un étalon à traits ; ainsi, le mètre est défini comme la distance entre deux lignes marquées sur la barre. La base du système métrique international à deux unités est dès lors constituée.
Système métrique à quatre puis six unités de base, prélude du SI (1954-1960)
Après la révision de la Convention du Mètre par la CGPM à sa 6e réunion (1921), qui étend les attributions et les responsabilités du BIPM à d’autres domaines de la physique, et la création du Comité consultatif d’électricité (CCE) par la CGPM à sa 7e réunion qui en résulte en 1927, la proposition de Giorgi est discutée en détail par l’IEC, l’Union internationale de physique pure et appliquée (IUPAP) et d’autres organisations internationales. Ces discussions conduisirent le CCE à proposer, en 1939, l’adoption d’un système quadri-dimensionnel fondé sur le mètre, le kilogramme, la seconde et l’ampère (système MKSA), une proposition qui est approuvée par le Comité international en 1946. [Brochure 9 p4]
La 10ème Conférence Générale des Poids et mesures, en exécution du vœu exprimé dans sa Résolution 6 par la 9ème Conférence Générale concernant l'établissement d'un système pratique d'unités de mesure pour les relations internationales, décide d'adopter en 1954 comme unités de base de ce système ci établir les unités suivantes.
Devant la profusion des unités de poids et mesures existant dans tous les pays d'Europe auMoyen Âge, un mouvement se dessine dès le milieu duXVIe siècle pour trouver une mesure universelle au sens de « commune aux peuples européens ». Deux voies sont possibles : le chemin de la nature, à savoir un lien avec la terre, et par ailleurs le chemin du calcul, c’est-à-dire celui d’un pendule.
L'abbéGabriel Mouton, unastronome né à Lyon, publie en 1670 l'ouvrageObservationes diametrorum solis et lunae apparentium, dans lequel il suggère qu'un nouveau système décimal de mesure pourrait être basé sur la circonférence de la Terre, calculée parGiovanni Battista Riccioli (1598-1671) deBologne comme étant d'environ 32 512 000 pas romains (environ 48 118 km). Le méridien terrestre, et plus largement la terre, a fait l'objet de mesure depuis très longtemps :Eratosthène ((III B.C.),Al-Ma'mūn(820),Jean Fernel (1525),Willebrord Snell (1617), Norwood (1635), Picard (1670), J. Cassini (1718), Lacaille et Cassini de Thury (1740).
Création du système métrique dans la France révolutionnaire
Le 9 mars 1790,Talleyrand propose à l’Assemblée nationale un « Mémoire sur la nécessité de rendre uniformes dans tout le Royaume, toutes les mesures d’étendue et de pesanteur ». L’idée est de définir de nouvelles unités qui soient universelles. Un décret d'août 1793 définit le mètre provisoire, avec échelle décimale, ainsi que les noms des nouvelles unités: milliaire, cade, pinte, bar et grave; des étalons provisoires devront être envoyés dans les départements. La loi du 18 germinal de l'an III (7 avril 1795) institue le système métrique décimal, s'appuyant sur l’unité de longueur, définie comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, et l’unité de masse qui en est déduite, comme celle d’un décimètre cube d’eau distillée. Une valeur provisoire est donnée au mètre, exprimée en toises, puis définitive en 1799, après la mesure d'un arc de méridien entre Dunkerque et Barcelone entreprise par Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, pendant près de sept ans entre 1792 et 1799.
La loi fixe la longueur du mètre à 0,513074 toise de Paris, et des prototypes en platine, fabriqués à partir de mousse de platine agglomérée, sont adoptés en juin 1799. Des copies sont ensuite diffusées dans les départements français.
Avatars des débuts du système métrique en France (1800-1875)
A ses débuts, de 1800 à 1840, le système métrique connait quelques avatars avec notamment la réintroduction officielle d'anciennes unités de mesures. En 1812, les anciennes unités sont rétablies par l'empereur Napoléon. Cependant, les unités métriques sont réinstaurées par la loi du 4 juillet 1837, qui rend obligatoire le système métrique décimal en France à partir de janvier 1840 et institue des sanctions pour l'utilisation d'autres poids et mesures[C 1].
Internationalisation du système métrique (1875-1960)
Pavillon de Breteuil,Saint-Cloud, France, où sont entreprosés leMètre des Archives et leKilogramme des Archives du système métrique depuis 1889.
Par la suite, le système s'étend au-delà des frontières de la France et devient même légal, mais non obligatoire, aux États-Unis en 1866. Cependant, le principal tremplin pour son internationalisation est la réunion de la Commission internationale du Mètre à Paris du 8 au. Le traité connu sous le nom de « Convention du Mètre » (Convention métrique internationale) est signé le par une assemblée de représentants de 17 pays, dont les États-Unis. Il a institué laConférence générale des poids et mesures (CGPM) et leBureau international des poids et mesures (BIPM), l'organisation intergouvernementale garante de l'évolution et de la diffusion du système métrique. Le siège du Bureau international, entretenu par tous les membres nationaux, a été établi aupavillon de Breteuil, àSèvres, près de Paris, en considération du rôle de la France en tant que berceau du système métrique. La première Conférence générale des poids et mesures (1e CGPM), qui s'est tenue en 1889, a organisé la distribution de copies du prototype international du mètre aux 21 États membres de la Convention métrique internationale. Les exemplaires du nouveau prototype standard appelé « mètre international » sont fabriqués à partir d'un alliage deplatine et d'iridium. Les étalons secondaires sont des prototypes sous forme de barres de section transversale en X et de 2 cm de côté[C 1].
Aux deux unités de base (mètre et kilogramme) viennent s'ajouter les unités d'autres grandeurs physiques : le temps dans les années 1940, puis la température, l'intensité de courant et l'intensité lumineuse dans le cadre de la préparation du système international d'unités qui est adopté en 1960. Une 7ème unité de base vient compléter le dispositif en 1971 : la mole.
Le tableau suivant présente la chronologie des années d'adoption par pays du système métrique et, entre parenthèses, les années où il été rendu obligatoire[C 1].
« Le système métrique des poids et mesures. Son établissement et sa propagation graduelle, avec l'histoire des opérations qui ont servi à déterminer le mètre et le kilogramme, Bigourdan, 1901 :
« Le Système métrique décimal : sa création en France. Son évolution. Ses progrès », Ministère du commerce et de l'industrie, 1930 :
Ministère du commerce et de l'industrie,Le Système métrique décimal : sa création en France. Son évolution. Ses progrès., Paris,, 256 p.(lire en ligne[PDF]).
Bayart Pierre "La méridienne de France et l'aventure de sa prolongation jusqu'aux Baléares" Editions L'Harmattan, 2007.
Guillaume Bigourdan,Le système métrique des poids et mesures. Son établissement et sa propagation graduelle, avec l'histoire des opérations qui ont servi à déterminer le mètre et le kilogramme, Paris, Gauthier-Villars, imprimeur-libraire,, 506 p.(lire en ligne).
B. Dupont et J.P. Trotignon,Unités et grandeurs : Symboles et normalisation, Paris, Nathan,, 128 p.(ISBN978-2091768915).
