Poids et mesures

Les termes poids et mesures font généralement référence aux unités de masse (ou de poids), de longueur et de volume. Depuis quelques milliers d'années, de telles unités ont fréquemment été introduites de par le monde et ce, à des fins commerciales et fiscales. Cependant, les mesures étant l'un des aspects les plus fondamentaux de la science et de l'ingénierie, l'expression poids et mesures englobe aujourd'hui une gamme beaucoup plus vaste d'unités que jadis.

En fait, le développement et la diffusion des normes en matière de mesures sont devenus une science en soi, la métrologie. Aux unités fondamentales de départ, la masse et la longueur (le volume étant une unité dérivée), se sont ajoutées d'autres « unités de base » servant à mesurer le temps, la température, le courant électrique, la luminosité et le concept quelque peu ésotérique de quantité de matière. Une version du système métrique, le Système international d'unités, ou SI, détermine rigoureusement ces unités de base ainsi qu'un grand nombre d'unités dérivées. C'est le Bureau international des poids et mesures (BIPM) qui a formulé et supervise le SI. Ce dernier, adopté en 1960, n'est cependant pas fixe et il évolue lentement au gré des besoins de précision, de commodité ou de cohérence. Presque tout le travail scientifique dans le monde est formulé en unités SI : la construction, l'ingénierie et le commerce dans tous les pays industrialisés, à l'exception de la Grande-Bretagne et des États-Unis, qui font encore grand usage du système impérial britannique, utilisent ou vont utiliser ce système.

En 1965, le gouvernement britannique fait connaître son intention d'adopter le SI, se donnant 10 ans pour y parvenir. En 1972, le Sénat américain se déclare en faveur d'une conversion volontaire étalée sur 10 ans, mais sa suggestion n'est pas approuvée par la Chambre des représentants à cause d'une question de procédure. Les progrès de la conversion sont sporadiques dans ces deux pays, et il est impossible de prédire quand elle sera terminée. Au Canada, la conversion commence en 1971 et, en 1988, le processus est presque terminé, à quelques exceptions près, des cas visibles, dans le domaine du commerce de détail et de la publicité.

L'ancien système de poids et de mesures du Canada découle principalement du système impérial, avec quelques emprunts au système français. C'est en 1838 que le système impérial est codifié en une première forme « scientifique », après une évolution fort complexe. En fait, certaines unités impériales, comme le pied et le mille, remontent à l'Empire romain. Par contre, leur valeur a fluctué avec les époques et les emplacements. L'ouvrage A Dictionary of English Weights and Measures, from Anglo-Saxon Times to the Nineteenth Century, de R.E. Zupko, comprend quelque 3000 unités de mesures, et environ 25 000 variantes numériques.

En 1884, le Royaume-Uni (et donc le Canada, en tant que colonie) adhère à la Convention du mètre qui a établi le BIPM en 1875. Ainsi, il s'associe à la première distribution de prototypes nationaux de mètres et de kilogrammes étalons par le BIPM en 1889. En 1907, le Canada adhère à la convention de son propre chef. Un Canadien, J.C. MACLENNAN, est membre du Comité international des poids et mesures (CIPM) de 1929 à 1935. Ce comité dirige et supervise le BIPM, dont les laboratoires métrologiques sont situés à Sèvres, en banlieue de Paris. Depuis 1951, il y a toujours un Canadien qui siège au sein de ce comité. L.E. Howlett, président de 1964 à 1968, est l'un d'entre eux. Le CIPM est formé de 18 membres (pas plus d'un par pays), élus pour leur compétence et non en qualité de représentants de leur pays. Leur tâche consiste à diriger et à favoriser la métrologie fondée sur le système métrique dans tous les pays adhérant à la Convention du mètre (47 pays en 1988).

Depuis 1951, les divers membres canadiens du CIPM sont également membres du CONSEIL NATIONAL DE RECHERCHES (CNR). C'est son département de physique qui est chargé de maintenir ou d'établir, en ce qui a trait aux mesures, les normes de base ainsi que les multiples normes dérivées. On y calibre les étalons pour les laboratoires et l'industrie, pour qui la plus haute précision est requise. Les standards de référence pour le commerce (qui sont périodiquement calibrés au CNR) relèvent du ministère de la CONSOMMATION ET DES AFFAIRES COMMERCIALES et constituent la base juridique de tous les standards locaux utilisés pour les transactions commerciales (voir CONSOMMATION, NORMES DE) conformément à la Loi sur les poids et mesures (1971). Le Canada s'est joint en 1982 à l'Organisation internationale de métrologie légale (OIML, fondée en 1955), organisme dont l'unique préoccupation est l'application de la métrologie au commerce, notamment par l'uniformisation des pratiques commerciales internationales.

Les grands pays industriels ont tous des laboratoires de normes comparables à celui du CNR, comme le National Bureau of Standards aux États-Unis et le National Physical Laboratory, au Royaume-Uni. Des procédures de comparaison et de contrôle minutieuses assurent l'uniformité des mesures entre les laboratoires nationaux. Dans beaucoup de pays, dont le Canada, les normes des mesures sont maintenant stables, et des systèmes de contrôle efficaces ont réduit les fraudes au rang d'incidents secondaires. Cette réussite couronne des efforts soutenus qui n'ont porté fruits qu'à partir de la première moitié du XXe siècle. De nombreuses raisons auraient pu faire échouer cette tentative, en particulier la cupidité. La situation actuelle est l'une des heureuses conséquences de la technologie associée à une infrastructure si omniprésente qu'elle semble maintenant toute naturelle.

Le système international (SI)

Les descriptions suivantes des sept unités de base du SI et des deux unités supplémentaires comprennent les estimations de 1987 sur leur reproductibilité. Ces estimations sont fondées sur des mesures précises effectuées en divers endroits et à divers moments; elles sont applicables aux mesures à l'échelle de l'unité. L'imprécision s'accroît à des échelles de grandeur beaucoup plus petites ou beaucoup plus grandes. Ainsi, la masse d'un kilogramme peut être évaluée avec précision jusqu'à deux milliardièmes, ou 2 x 10min9, mais la masse d'un gramme ne peut être mesurée au mieux qu'à 3 x 10min7 près et celle d'une tonne, à 1 x 10min6 près.

Longueur

Lors de son adoption en 1799, le mètre (m) a été fixé à un millionième d'un quadrant du méridien terrestre. En 1983, on le définit comme la distance que parcourt la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde. La définition est précise à 2 x 10min11 près.

Masse

Elle a pour unité le kilogramme (kg), et non le gramme (g). Adopté en 1799, le kilogramme a d'abord été défini comme la masse d'un décimètre cube d'eau. Depuis 1889, le kg correspond à la masse de l'étalon international en platine iridié conservé à Sèvres. L'unité est précise jusqu'à 2 x 10min9.

Temps

La seconde (s) correspondait à 1/86 400 d'un jour solaire moyen jusqu'en 1960. Elle est alors établie à 1/31 556 925,9744 de l'année tropique 1900. En 1968, on redéfinit la seconde en fonction de la fréquence de la radiation correspondant à la transition entre des niveaux d'énergie précis de l'atome de césium 133. La précision de l'unité est de 5 x 10min14.

Courant électrique

L'ampère (A) est défini en 1881 en termes de force s'exerçant entre deux pôles magnétiques (concept purement théorique). En 1908, un « ampère international » plus reproductible est défini en termes électrolytiques. Depuis 1948, « l'ampère absolu » est défini en fonction de la force qui s'exerce entre des conducteurs parallèles. Toutefois, en pratique, on utilise les ohms et les volts pour définir l'intensité du courant électrique. La reproductibilité de l'ampère est de 1 x 10min7.

Température

Le kelvin (K) est la seule unité de base qui soit « intensive » et non « extensive », c'est-à-dire que deux températures ne peuvent être additionnées pour représenter leur somme, caractéristique qui crée certaines difficultés de mesure. L'échelle internationale pratique de température de 1968, qui est toujours en vigueur, dérive de « l'échelle de la température de l'hydrogène » de 1889. À la température ambiante, les mesures sont précises à 0,0002 K près. Les équivalences avec les degrés Celsius sont les suivantes : 273,15 K = O°C et 373,15 K = 100°C.

Quantité de matière

La mole (mol) est la quantité qui sert à relier les unités macroscopiques du SI aux mesures utilisées en chimie et en physique atomique. Une convention de 1902 utilisant pour norme l'oxygène 16 est remplacée en 1960-1961 par une autre utilisant le carbone 12. Cette nouvelle norme est incorporée au SI en 1971. La mole est la quantité de matière qui contient autant de particules élémentaires (atomes, molécules, ions, etc. selon le cas à l'étude) qu'il y a d'atomes dans 0,012 kg de carbone 12. Dans certaines circonstances, il est possible de déterminer des masses atomiques relatives à 1 x 10min7 près. La valeur absolue de la mole est connue environ à 1 x 10min6 près.

Intensité lumineuse

La candela (cd) est l'une des « bougies étalon » déjà en usage avant 1800. C'est en 1946 qu'est définie pour la première fois la candela (alors appelée « bougie nouvelle ») comme la température de congélation du platine. La définition actuelle est l'intensité radiante monochromatique (f = 540 x 1012 Hz) de 1/683 watt par stéradian. La reproductibilité de l'unité est de 3 x 10min3.

Angle plan

Le radian (rad) est l'angle plan compris entre deux rayons qui, sur la circonférence d'un cercle, interceptent un arc de longueur égale à celle du rayon. Ainsi, un cercle plein (360 degrés) est un angle de 2 Pi rad. La précision de l'unité atteint 5 x 10min7 rad ou 0,1 seconde d'arc.

Angle solide

Le stéradian (sr) est l'angle solide qui, ayant son sommet au centre d'une sphère, découpe sur la surface de cette sphère une aire égale à celle d'un carré de côté égal au rayon de la sphère. Ainsi, l'angle solide d'une sphère entière est de 4 pi sr.

Le SI est essentiellement un système décimal, c'est-à-dire un système dont les unités sont liées par des facteurs de 10, exprimés sous forme de préfixes attachés au nom de l'unité. Cependant, plusieurs grandeurs dérivées des unités de base et qui pourraient être exprimées en fonction de ces unités sont plutôt désignées par des noms et des symboles distincts. Le SI comprend aussi des unités d'autres systèmes qui sont largement utilisées partout dans le monde : c'est le cas de l'heure, du noeud et du mille marin. D'autres unités, comme l'hectare, la tonne et le litre, ne sont pas des unités SI, mais elles sont utilisées conjointement avec le SI pour des raisons pratiques.

Voir aussi: PRÉFIXES DU SI : TABLE; UNITÉS UTILISÉES EN AMÉRIQUE DU NORD MAIS N'APPARTENANT PAS AU SI : TABLE; UNITÉS DÉRIVÉES DU SI PORTANT DES NOMS PARTICULIERS : TABLE; MESURES DE LA NOUVELLE-FRANCE : TABLE.