Mètre

Mètre
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La barre de platine-iridium utilisée comme prototype du mètre de 1889 à 1960.

Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1299 792 458 seconde[1].

Sommaire

Historique

En 1668, le philosophe anglais John Wilkins publie la description d'une mesure universelle, d'unités décimales et qui serait la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre, et dont la longueur fondamentale est de 38 pouces de Prusse (1 pouce prussien = 26,15 mm), soit de 993,7 mm. Sept ans plus tard, le savant italien Tito Livio Burattini publie Misura Universale, ouvrage dans lequel il renomme la mesure universelle de Wilkins en mètre (metro cattolico) et la redéfinit comme étant la longueur d'un pendule qui oscille avec une demi-période d'une seconde, soit environ 993,9 mm actuels. Louis XVI en France va concrétiser une longue série de tentatives en signant le 8 mai 1790 le projet d'unification des poids et mesures du Royaume de France, proposé par Talleyrand. Suite au rapport du 19 mars 1791 de l'Académie des sciences et sur proposition du Chevalier Jean-Charles de Borda, le « mètre » de Burattini est adopté comme unité de longueur. 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. En pleine période révolutionnaire, il fut donc décidé de supprimer toute référence à un homme particulier, de choisir un étalon non humain unique et d'utiliser des multiples et sous-multiples de 10. Fini ainsi le pied qui valait douze pouces.


Mètre étalon par Chalgrin
36, rue de Vaugirard, Paris, VIe
(marbre et laiton)[2]

Le mètre fut officiellement défini pour la première fois le 26 mars 1791 par l'Académie des sciences comme étant la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre, ou d'un quart de grand cercle passant par les pôles. Si ce n'est le corps humain, la nature restait donc la référence. Il fut adopté par la France le 7 avril 1795 comme mesure de longueur officielle. Quelques années plus tard, en 1799, un mètre-étalon en platine fut créé à partir de cette définition et devint la référence. De février 1796 à décembre 1797, seize mètres-étalons gravés dans du marbre furent placés dans Paris, pour familiariser la population avec la nouvelle mesure. Aujourd'hui, il n'en subsiste que quatre : l'un est au 36 de la rue de Vaugirard, à droite de l'entrée ; le deuxième, replacé en 1848, est au 13 de la place Vendôme, à gauche de l'entrée du ministère de la Justice, le troisième est à Croissy-sur-Seine (Yvelines), dans un mur de la rue au Mètre[3], et le quatrième à Sceaux (Hauts-de-Seine).

En juin 1792, Jean-Baptiste Joseph Delambre fut chargé de mesurer la distance entre Dunkerque et Rodez pendant que Pierre Méchain mesura celle de Barcelone à Rodez. Ils devaient se retrouver à Rodez. Cela permit d'établir précisément la valeur du mètre. En 1793, à Montjuïc à 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, le plongea dans un profond trouble et il mit tout en œuvre pour éviter de devoir rendre compte de ses travaux à Paris. En 1799, il se résigna à se rendre à une conférence internationale qui salua son œuvre scientifique. Il maquilla alors ses résultats, ce qui rendra le mètre trop court de 0,2 mm. La « fraude » 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.

En 1889, le Bureau des poids et mesures redéfinit le mètre comme étant la distance entre deux points sur une barre d'un alliage de platine et d'iridium. Cette barre est toujours conservée au Pavillon de Breteuil à Sèvres.

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[4].

Enfin, la conférence de 1983 fixe définitivement la vitesse de la lumière à 299 792 458 m/s et redéfinit donc le mètre comme étant la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1299 792 458 seconde[1]. La vitesse de la lumière dans le vide étant la même en tout point (résultat établi par la relativité restreinte), c'est une définition plus précise car la seconde est l'unité du Système international (SI) qui est mesurée avec la plus faible incertitude[4],[1].

Relation avec d'autres unités de mesures

Il existe une relation entre l'unité de mesure (mètre), l'unité de masse (kilogramme), les unités de surface (mètre carré) et les unités de volume (mètre cube et litre, souvent utilisés pour désigner des volumes ou des quantités de liquides) :

  • un mètre carré (m2) est la surface d'un carré dont chaque côté mesure un mètre ;
  • un mètre cube (m3) est le volume d'un cube dont chaque arête mesure un mètre ;
  • à l'origine, le kilogramme fut défini comme la masse d'un décimètre cube (dm3) d'eau pure.

Dans certains métiers, on parle de mètre linéaire (ml). Il s'agit d'un pléonasme, puisque le mètre désigne précisément une longueur de ligne. Dans le vocabulaire des professions concernées, cela permet entre autres de faire la différence

  • entre la hauteur et la longueur, par exemple dans le cas d'un étal, d'une étagère (bibliothèque, rayon de supermarché) ;
  • entre l'aire et la longueur, « linéaire » est alors opposé à « carré », par exemple dans le cas d'un toit (longueur de rampant en mètre linéaire, aire en mètre carré).

Correspondance avec d'autres unités de mesures

Le mètre correspond à :

Quelques points de repères

  • La taille d'un pied est d'environ 0,30 m.
  • On parcourt environ 5 000 m en une heure de marche rapide.
  • Un grand pas fait environ un mètre.
  • Un pendule de 1 mètre de long effectue une oscillation complète (un aller-retour) en environ 2,0 secondes.

Multiples et sous-multiples du mètre

Multiples et sous-multiples du mètre
10 N Nom préfixé Symbole Nombre en français Nombre en mètres
   1024   yottamètre
Ym
  Quadrillion   1 000 000 000 000 000 000 000 000
   1021   zettamètre
Zm
  Trilliard   1 000 000 000 000 000 000 000
   1018   examètre
Em
  Trillion   1 000 000 000 000 000 000
   1015   pétamètre
Pm
  Billiard   1 000 000 000 000 000
   1012   téramètre
Tm
  Billion   1 000 000 000 000
   109   gigamètre
Gm
  Milliard   1 000 000 000
   106   mégamètre
Mm
  Million   1 000 000
   10³   kilomètre
km
  Mille   1 000
   10²   hectomètre
hm
  Cent   100
   101   décamètre
dam
  Dix   10
   100   mètre
m
  Un   1
   10-1   décimètre
dm
  Dixième   0,1
   10-2   centimètre
cm
  Centième   0,01
   10-3   millimètre
mm
  Millième   0,001
   10-6   micromètre
μm
  Millionième   0,000 001
   10-9   nanomètre
nm
  Milliardième   0,000 000 001
   10-12   picomètre
pm
  Billionième   0,000 000 000 001
   10-15   femtomètre
fm
  Billiardième   0,000 000 000 000 001
   10-18   attomètre
am
  Trillionième   0,000 000 000 000 000 001
   10-21   zeptomètre
zm
  Trilliardième   0,000 000 000 000 000 000 001
   10-24   yoctomètre
ym
  Quadrillionième   0,000 000 000 000 000 000 000 001 
Anciens multiples et sous-multiples du mètre[5]
10 N Préfixe Symbole Nombre en français Nombre en chiffre
   104   myriamètre
mam
  Dix mille   10 000
   10-4   myriomètre
mom
  Dix-millième
  0,000 1

Description de multiples

De fait, au-delà du milliard de kilomètres on utilise rarement l'unité standard : on lui préfère l'ua, unité astronomique, d'où est déduite l'unité dérivée, le parsec : ceci était nécessaire pour ne pas dénaturer les mesures précises de distance de parallaxe par une réévaluation de l'ua, liée à la valeur de la constante gravitationnelle G. Cette situation peu œcuménique a été levée par les mesures directes par écho radar sur les planètes.

Article détaillé : Ordre de grandeur (longueur).

Décamètre
1 dam = 10 m.
Cette unité est adaptée au calcul de la superficie d'un terrain, par le biais de l'are, superficie d'un carré d'un décamètre de côté.
Hectomètre
1 hm = 100 m.
Cette unité est adaptée au calcul de la superficie d'une terre agricole, par le biais de l'hectare, superficie d'un carré d'un hectomètre de côté.
Kilomètre
1 km = 1 000 m.
C'est le multiple du mètre le plus fréquemment utilisé pour mesurer les distances terrestres (comme par exemple entre les villes). Le long des routes, les bornes kilométriques sont placées tous les kilomètres.
Myriamètre
1 mam = 10 000 m.
Il équivaut à 10 km, soit 1×101 km.
Mégamètre
1 Mm = 1×106 m = 1 000 000 m.
C'est une unité de mesure adaptée pour le diamètre des planètes. La Terre mesure par exemple environ 12,8 mégamètres de diamètre.
Il équivaut à 1000 km, soit 1×103 km.
Gigamètre
1 Gm = 1×109 m = 1 000 000 000 m.
C'est un multiple du mètre utilisé pour mesurer les distances interplanétaires courtes, par exemple entre une planète et ses satellites naturels. La Lune orbite à 0,384 gigamètre de la Terre (environ 1,3 seconde-lumière).
On peut également s'en servir pour exprimer le diamètre des étoiles (environ 1,39 gigamètres pour le Soleil).
Une unité astronomique représente 150 gigamètres.
Il équivaut à 1 million de km, soit 1×106 km.
Téramètre
1 Tm = 1×1012 m = 1 000 000 000 000 m.
C'est un multiple du mètre utilisé pour mesurer les grandes distances interplanétaires. Par exemple la planète naine Pluton orbite à une moyenne de 5,9 téramètres du Soleil.
Il équivaut à 1 milliard de km, soit 1×109 km.

Pétamètre
1 Pm = 1×1015 m = 1 000 000 000 000 000 m.
Une année-lumière vaut environ 9,47 Pm
Proxima Centauri, l'étoile la plus proche, est située à environ 40 pétamètres du Soleil.
C'est une bonne unité de mesure de la taille des nébuleuses.

Examètre
1 Em = 1×1018 m = 1 000 000 000 000 000 000 m.
Un examètre représente environ 106 années-lumières.
Un amas globulaire mesure environ un examètre de diamètre.
C'est une distance interstellaire typique dans la périphérie galactique.
Zettamètre
1 Zm = 1×1021 m = 1 000 000 000 000 000 000 000 m.
Un zettamètre représente environ 105 700 années-lumières.
Notre galaxie mesure à peu près cette taille.
Une vingtaine de zettamètres la sépare d'Andromède.
Yottamètre
1 Ym = 1×1024 m = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 m.
Un yottamètre représente environ 105, 7 millions d'années-lumières.
C'est une bonne unité de mesure des distances entre galaxies lointaines ou pour la taille des superamas.
Les objets les plus lointains de l'univers sont situés à environ 130 yottamètres.

Description des sous-multiples

Article détaillé : Ordre de grandeur (longueur).
Décimètre
1 dm = 0,1 m.
Au cours du XXe siècle, la règle graduée standard des écoliers était le double-décimètre (2 dm = 20 cm) et les programmes scolaires se référaient à cette appellation.
Centimètre
1 cm = 0,01 m.
Le centimètre est une des unités de base du système CGS.
Millimètre
1 mm = 1×10-3 m = 0,001 m.
Une représentation graphique manuelle précise nécessite l'utilisation de papier millimétré.
Myriomètre
1 mom = 0,000 1 m.
La limite de visiblité à l'oeil nu d'un objet proche correspond à environ un myriomètre.
Micromètre
1 µm = 1×10-6 m = 0,000 001 m.
Le micromètre était autrefois appelé « micron » (symbole : µ). L'utilisation du terme « micron » a été bannie par la 13e CGPM en 1968.
Cette unité est utilisée pour exprimer la taille des cellules.
Nanomètre
1 nm = 1×10-9 m = 0,000 000 001 m.

Le nanomètre est utilisé pour mesurer les longueurs d'ondes comprises entre l'infrarouge et l'ultraviolet, et la finesse de gravure d'un Microprocesseur. La limite théorique qui fait la frontière entre le micro-électronique et la nanoélectronique est une finesse de gravure de 100 nm. Il est aussi l'unité de mesure traditionnelle de la rugosité, contrôle de l'état de surface (métrologie dimensionnelle)

Les virus mesurent quelques dizaines ou centaines de nanomètres.
Picomètre
1 pm = 1×10-12 m = 0,000 000 000 001 m.
Cette unité est de plus en plus utilisée pour mesurer les longueurs des liaisons atomiques à la place de l'Ångström. 1Å = 100pm.
Femtomètre
1 fm = 1×10-15 m = 0,000 000 000 000 001 m.
Le femtomètre fut d'abord nommé « fermi » en l'honneur du physicien italien Enrico Fermi (le fermi comme tel ne fait pas partie du Système international).
Le femtomètre est fréquemment utilisé pour mesurer le diamètre d'un noyau atomique. Le diamètre d'un noyau atomique peut aller jusqu'à 15 fm.
Attomètre
1 am = 1×10-18 m = 0,000 000 000 000 000 001 m.
La taille maximale d'un quark est estimée à un attomètre.
Zeptomètre
1 zm = 1×10-21 m = 0,000 000 000 000 000 000 001 m.
Cette unité a un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique. En effet, le domaine de l'infiniment petit étant en plein essor, des unités de plus en plus petites sont utilisées, par exemple dans le cadre de l'étude des particules.
Yoctomètre
1 ym = 1×10-24 m = 0,000 000 000 000 000 000 000 001 m.
Un yoctomètre est 62 milliards de fois supérieur à la longueur de Planck \ell_P = 1,616\ 252\times 10^{-35} m = 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 016 m

Multiples sans préfixes

Ångström
1 Å = 1×10-10 m = 0,000 000 000 1 m.
Cette mesure ne fait pas partie du système international, est anciennement utilisée pour mesurer les rayons atomiques. Pour en savoir plus, voir l'article Ångström.

Notes et références

  1. a, b et c « Résolution 1 de la 17e réunion de la CGPM (1983) – Définition du mètre », sur le site du Bureau international des poids et mesures, bipm.org0
  2. Le seul à être resté à son emplacement d’origine parmi les 16 implantés à Paris entre février 1796 et décembre 1797.
  3. Depuis une date récente l'original est conservé à la mairie, il est remplacé par une copie in situ.
  4. a et b « Du mètre et du kilogramme », sur metrodiff.org.
  5. Edinburgh Encyclopedia

Bibliographie

  • Ken Alder, Mesurer le monde, l'incroyable histoire de l'invention du mètre, Flammarion, 2005 (ISBN 978-2-08-121311-1).
  • Un mètre est égal a UN DIX MILLIONIÈME D'UN QUART DE MÉRIDIEN !

Annexes

Articles connexes

Liens externes

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