- Nanomètre
-
Mètre
Pour les articles homonymes, voir Mètre (homonymie).Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1⁄299 792 458 seconde.
Sommaire
Historique
En 1668, le philosophe Anglais John Wilkins publie la description d'une mesure universelle, d'unités décimales, 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 en 1675 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 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)[1]Le mètre fut officiellement défini pour la première fois en 1790 par l'Académie des sciences comme étant la dix-millionième partie d'une moitié 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, la Convention fit placer dans Paris seize mètres-étalons gravés dans du marbre 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[2], 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 Montjouy 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, grâce à l'avènement des lasers, 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[3].
Enfin la conférence de 1983 se fonda sur la lumière et redéfinit une nouvelle fois le mètre comme étant la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1⁄299 792 458 seconde. 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 de la manière la plus précise[3]. Mais cette manière de mesurer beaucoup plus coûteuse si l'on veut vérifier, du fait de l'appareillage complexe qui est requis - à la différence du pouce et autres parties du corps qui sont encore utilisées dans bien des régions du monde du fait de leur abondance.
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 ou litre, utilisé souvent pour désigner le volume des 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 par exemple 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 à d'autres unités de mesures
Le mètre correspond à :
- 5,399568.10−4 miles marins ;
- 6,21504.10−4 miles terrestres ;
- 1,0569710−16 années-lumières.
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 actuels : Préfixes du système international d'unités.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 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 10-10 ångström Å Un dix-milliardième
(cent billionièmes)0,000 000 000 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.
- Mégamètre
- 1 Mm = 1×106 m = 1 000 000 m.
- 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).
- 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.
- Téramètre = un milliard de km.
- Pétamètre
- 1 Pm = 1×1015 m = 1 000 000 000 000 000 m.
- Une année-lumière vaut environ 9,47 Pm.
- Examètre
- 1 Em = 1×1018 m = 1 000 000 000 000 000 000 m.
- 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.
- Notre galaxie mesure quelques zettamètres de diamètre.
- Yottamètre
- 1 Ym = 1×1024 m = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 m.
- C'est une bonne unité de mesure des distances intergalactiques.
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 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 = 0,0001 m.
- Micromètre
- 1 µm = 1×10-6 m = 0,000001 m.
- Le micromètre était autrefois appelé « micron » (symbole : µ). L'utilisation du terme « micron » a été bannie par la 13e CGPM en 1968.
- Nanomètre
- 1 nm = 1×10-9 m = 0,000000001 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.
- Ångström
- 1 Å = 1×10-10 m = 0,0000000001 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.
- Picomètre
- 1 pm = 1×10-12 m = 0,000000000001 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 = 0,000000000000001 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 = 0,000000000000000001 m.
- Zeptomètre
- 1 zm = 1×10-21 m = 0,000000000000000000001 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 = 0,000000000000000000000001 m.
- L'unité tombe dans le « vide » séparant la longueur de Planck (≅4×10-11 ym) des longueurs significatives.
Bibliographie
- Ken Alder, Mesurer le monde, l'incroyable histoire de l'invention du mètre, Flammarion, 2005. (ISBN 978-2-08-121311-1)
Articles connexes
- Unités de longueur
- Système international d'unités
- Ordre de grandeur (longueur)
- Géodésie
- Géomètre
- Nanoparticule, nanomatériaux
- nanométrologie
Liens externes
- (fr) histoire du mètre, par le Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie de France
- (fr) L'Histoire du Mètre, site complet sur l'histoire du mètre, de la Révolution à nos jours
- (fr) La convention du mètre qui instituera le BIPM, institution initiatrice du système international
- (fr) Conversion métrique en ligne
- (fr) Conversion d'unités de longueur
- (fr) La Naissance du Mètre sous la Révolution française, animation historique et scientifique
Notes et références
- ↑ Le seul à être resté à son emplacement d’origine parmi les 16 implantés à Paris entre février 1796 et décembre 1797.
- ↑ Depuis une date récente l'original est conservé à la mairie, il est remplacé par une copie in situ.
- ↑ a et b définitions du mètre sur metrodiff.org.
Portail de la physique
Catégories : Histoire des sciences | Unité de longueur | Unité SI de base
Wikimedia Foundation. 2010.
