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Le système métrique est un standard presque universel. 95% de la population mondiale l’utilise. Et même là où on ne l’utilise pas, tout le monde a une idée relativement précise de ce qu’est un mètre, où qu’on se trouve sur la planète. Par contre, essayez de parler de gallon, de pinte, de yard, de pied: on vous comprendra en certains lieux, mais rien ne garantit que vous parliez bien de la même chose.

Nous avons vu la semaine dernière quelles pouvaient être les conséquences fâcheuses de l’absence de standards universels. Et encore, dans un monde presque standardisé, les erreurs qui se produisent, bien que spectaculaires, sont rares et marginales. Au XVIIIe siècle, elles étaient permanentes et systématiques, tant les systèmes étaient arbitraires et la confusion généralisée.

Dans l’épisode d’aujourd’hui, avant de faire l’état des lieux des poids et mesures actuels, nous allons voir la fascinante histoire qui nous a donné le système métrique. C’est bien sûr en France que ça se passe, en pleine révolution, dans un contexte d’idéal et d’absolu, non seulement d’abolition des privilèges mais encore de fournir un instrument dédié “à tous les hommes et à tous les temps”.

1791, naissance du mètre

On pourrait penser que l’histoire est simple. Prenons par exemple l’article de Wikipédia intitulé Unités de mesure anciennes, paragraphe “Naissance du mètre”.

Voici ce qu’on peut lire:

Les cahiers de doléance rédigés lors de la Révolution de 1789 réclamaient une mesure universelle pour s’affranchir de l’arbitraire des unités de mesure seigneuriales. Le climat de réforme qui suivit les événements révolutionnaires permit de précipiter le choix d’un étalon.

Une commission est instituée le 16 février 1791 pour définir cette unité universelle. Elle est composée de Jean-Charles de BordaNicolas de CondorcetPierre-Simon de LaplaceJoseph-Louis de Lagrange et Gaspard Monge. Le choix doit être fait entre trois références possibles : la longueur du pendule simple à secondes à la latitude de 45°, la longueur du quart du cercle de l’équateur ou enfin la longueur du quart du méridien terrestre. C’est cette dernière mesure qui est retenue le 26 mars 1791, date de création du mètre qui est défini comme la dix millionième partie du quart du méridien terrestre.

Le système métrique décimal est alors institué le 18 germinal an III (7 avril 1795) par la loi « relative aux poids et mesures », mais il faudra attendre la loi du 4 juillet 1837, sous le ministère de François Guizot, pour que le système métrique décimal en France  soit adopté de manière exclusive.

Et hop, on dirait ça s’est fait en deux coups de cuillère à pot; on voulait le mètre, on a eu le mètre, fin de l’histoire. Enfin, pas si vite… Entre 1791 et 1837, 46 ans se sont écoulés quand même… Il y a sans doute plus à en dire… Décortiquons un peu tout cela et intéressons-nous aux coulisses de l’histoire:

Cahier_DoleancesD’abord, le cahier de doléances en question précédait en fait la Révolution et avait été adressé à Louis XVI. Détail qui aura toute son importance, nous le verrons dans un instant. La doléance qui nous intéresse ici et qui a tout déclenché demandait “Qu’il n’y ait plus sur le territoire deux poids et deux mesures“.

Dès la révolution, donc, les seigneurs n’ont plus le droit d’étalonner, de mesurer, de peser… C’est fini! On crée la Commission des poids et mesures, avec l’idée de centraliser tout cela et ainsi libérer les gens du poids de l’arbitraire. Les nouvelles mesures seront universelles, destinées au monde entier. On commence par abandonner toutes les unités qui dépendent d’un homme, fût-il d’essence divine. Car il est vrai qu’un pied du roi est tout sauf universel! Et puis on abandonne dans la foulée toutes les mesures existantes.

Pour définir le mètre, on aurait pu prendre n’importe quel bout de longueur et décréter que cela faisait un mètre, mais c’eût été arbitraire aussi! Il aurait bien fallu que quelqu’un décide de cette longueur initiale…

Du coup, on a décidé que cette unité de mesure fondamentale, pour être universelle, devrait être dérivée de l’univers lui-même. Disons, de la partie qui nous est accessible: la planète. Après tout, la Terre concerne tous les terriens.

Il y a deux moyens de mesurer la Terre. Soit dans le sens de la largeur, c’est-à-dire à l’équateur, soit dans le sens de la hauteur, en prenant un méridien. Le problème de l’équateur, c’est qu’il n’y en a qu’un et qu’il ne passe pas par la France. Difficile à mesurer, donc. Les méridiens, en revanche, il y en a plein… 360 en fait, puisque, par convention, on les a  séparés par un degré d’arc. Et un bout de méridien passe par la France!

Le mètre sera donc la dix-millionième partie d’un demi-méridien terrestre (ou d’un quart de grand cercle passant par les pôles), soit environ un aune de Paris, une mesure familière.

Le problème c’est qu’un demi-méridien, c’est grand. Très grand. La circonférence de la Terre fait grosso-modo 40’000 km. Un quart de ce grand cercle, du pôle à l’équateur, fait donc 10’000 km, soit 10 millions de mètres. On n’allait tout de même pas mesurer toute la distance, il faudrait qu’on se contente d’une portion suffisamment représentative. Restait à savoir laquelle… Pour le mathématicien Jean-Charles de Borda, le choix était évident: il suffisait d’être rationnel et d’exclure tout ce qui pouvait être arbitraire. Premièrement, il faudrait que la portion sélectionnée traverse au moins 10° de latitude pour que l’extrapolation soit valide. Deuxièmement, l’arc sélectionné devrait passer par le 45° parallèle, soit le milieu de la distance entre le pôle et l’équateur pour minimiser les erreurs dues à l’excentricité de la forme de la Terre. Troisièmement, le point de départ et le point d’arrivée devraient se trouver au niveau de la mer, le niveau naturel de la Terre. Et finalement, il fallait qu’il s’agisse d’une région déjà bien étudiée, afin d’éviter les mauvaises surprises.

Un seul petit bout de planète répondait parfaitement à ces quatre critères. Coup de bol, il n’était pas loin! Il s’agit de l’axe Dunkerque-Barcelone, qui se trouve sur le méridien de Paris. Borda assura au législateur que rien dans cette proposition ne donnerait aux autres Nations le moindre prétexte à reproche. Le fait que l’une des extrémités du tronçon se trouvât hors de France garantissait certainement que le projet n’était pas strictement franco-français.

Borda promit aussi que la tâche consistant à mesurer cette portion de méridien (d’environ mille kilomètres) pourrait être réalisée en une année!

Et comment mesure-t-on précisément un tronçon de 1’000 kilomètres sans GPS?

La trigonométrie conduit à tout! Quand on connaît tous les angles d’un triangle et qu’on connaît un côté du triangle, on arrive très facilement à retrouver tous les côtés. Du coup, l’idée était de recouvrir la méridienne, cet axe Dunkerque-Barcelone, d’une chaîne d’une centaine de triangles dont chacun en toucherait au moins un autre.

Illustrations scannées dans l'ouvrage de l'abbé J. Loridan "Voyages des Astronomes français à la recherche de la figure de la terre et de ses dimensions"  publiée chez Desclée, de Brouwer et Cie, Lille 1890, dénichée sur Wikipédia.

Illustration scannée dans l’ouvrage de l’abbé J. Loridan “Voyages des Astronomes français à la recherche de la figure de la terre et de ses dimensions” publiée chez Desclée, de Brouwer et Cie, Lille 1890, dénichée sur Wikipédia.

La mesure de la base du premier triangle devait être extrêmement précise, le reste suivrait. La base a été mesurée à Fontainebleau, sur un tronçon très plat d’une dizaine de kilomètres, mesuré avec des règles bimétalliques cuivre-platine (pour éviter les dilatations), dont l’unité serait la toise du Pérou (environ 4 mètres). Et quand il faisait chaud, on les protégeait avec des parasols. Le spectacle devait juste être splendide à observer :)

Une fois cette mesure en poche, la loi du 26 mars 1791 envoya des astronomes produire et mesurer les triangles sur mille kilomètres. Pour aller plus vite, on a créé deux missions. L’une, dirigée par Jean-Baptiste Delambre, partirait de Dunkerque, au Nord de la France. L’autre, dirigée par Pierre Méchain, partirait de Barcelone, en Espagne. Les deux missions se rejoindraient à Rodez dans le Sud de la France. Rodez n’est pas exactement à mi-chemin, mais on supposait que la mission Nord irait plus vite non seulement parce qu’on la connaissait bien – elle avait déjà été mesurée par Cassini cinquante ans plus tôt et on pourrait réutiliser ses mêmes triangles avec des instruments plus précis – mais surtout parce qu’elle ne traversait pas les Pyrenées. Delambre et Méchain étaient certes des astronomes brillants, mais ils n’avaient pas exactement le profil de l’aventurier baroudeur: il s’agissait de respectables messieurs à perruque et mocassins, certainement beaucoup plus à l’aise dans le bureau d’un observatoire que sur les terrains boueux de l’arc de méridien de Paris!

1792, début des mission

Cercle de Borda (source: observatoire de Paris)En 1792, les cercles répétiteurs de Borda, des instruments de mesure des angles extrêmement précis, étaient prêts, on pouvait s’attaquer aux premiers triangles. Mais rien ne se passa exactement comme prévu… D’abord, les anciens sommets des triangles n’existaient plus forcément. De nombreuses églises, typiquement, ont été détruites, et parfois rebâties un peu plus loin. Les triangles de Cassini ne pouvaient définitivement pas être utilisés tels quels!

Là où les églises tenaient debout, on avait parfois d’autres problèmes. Au Puy-en-Velay, par exemple, l’église était bâtie en roche volcanique, très difficile à voir au téléscope. Du coup, il a fallu la recouvrir d’étoffes blanches… Ailleurs à un autre moment, cela n’aurait pas été un problème, mais l’étoffe blanche est un symbole royal et nous étions en pleine révolution!

Pour couronner le tout – si j’ose dire – les laisser-passer de Delambre et Méchain, fournis par l’Académie des Sciences, portaient le Sceau royal. En pleine révolution, ça ne facilitait pas vraiment les choses… On leur a mis des bâtons dans les roues à chaque étape! La mission prend du retard…

1793, l’erreur de Méchain

La suppression des académies en 1793 a même, techniquement parlant, rendu la mission illégale, ce qui valut plein d’ennuis à Delambre.

Sur le front du Sud, ce n’était pas beaucoup mieux… La France a déclaré la guerre à l’Espagne. Puis Méchain a subi un très grave accident qui lui a valu une semaine de coma suivie de 6 mois de convalescence pour se remettre de ses côtes et de ses deux épaules cassées, 6 mois durant lesquels la mission, bien sûr, était au point mort. Quand la mission put reprendre, la guerre battait son plein et il ne faisait pas bon être français en terres espagnoles à ce moment-là. Méchain avait beau expliquer qu’il était là, avec ses instruments bizarres, pour faire avancer la science, l’autorité militaire éprouvait  peu de compassion – allez savoir pourquoi – et l’envoyait régulièrement derrière les barreaux…

D’ailleurs, le fait que Méchain ne puisse pas aller et venir comme il le souhaitait a eu une conséquence fâcheuse que nous subissons encore aujourd’hui… Le mètre est faux. Le mètre original bien sûr, et également toutes les définitions du mètre qui ont suivi, y compris la définition actuelle dérivée de la vitesse de la lumière.

Si le mètre correspond au dix-millionième de l’arc de méridien entre le pôle et l’équateur, l’arc en question devrait donc mesurer pile 10 millions de mètres. Or les dernières mesures satellite sont formelles: ce tronçon mesure en fait 10’002’290 mètres. Il manque donc 0.229 millimètres au mètre de Delambre et Méchain! L’équivalent de l’épaisseur de 2 pages d’un livre. Ce n’est pas grand chose, certes, mais deux pages, c’est palpable… C’est une distance perceptible à l’oeil nu. Pas que cela change grand chose dans nos vies, mais cela compte pour les mesures de très haute précision, bien sûr.

Quel rapport entre les événements de 1793 et cette erreur? Empêché de dessiner ses triangles sur la montagne de Monjuïc, à côté de Barcelone, Méchain fit ses mesures astronomiques depuis la terrasse de son hôtel de Barcelone, la Fontana de Oro. En décembre, il profita de l’avantage du solstice d’hiver pour mesurer l’angle de la rotation de la Terre relativement à son orbite autour du soleil. Un brin orgueilleux, il voulait obtenir une mesure plus précise que quiconque au cours de 4’000 années précédentes. Comme bonus, cette observation offrirait une validation de ses résultats de mesures de la latitude à Montjuïc issue de la mesure de la hauteur de 6 étoiles: Polaris, Kokab, Thuban, Mizar, El Nef et Pollux. Pour son analyse finale, il n’avait utilisé  que les 4 premières, celles pour lesquelles il avait collecté le plus de données. Les trois premières convergeaient à merveille. Le degré de précision obtenu était tout à fait remarquable, il pouvait situer le château de Montjuïc sur une carte avec une précision de 30 pieds, pas tout à fait la précision du GPS, mais vraiment tout à fait impressionnant pour l’époque. C’est ce genre d’exploit qui lui avait valu de commander l’expédition-sud. Ceci dit, les résultats de la 4e étoile, Mizar, divergeaient des 3 premières par 4 secondes d’arc. Ou quelque 400 pieds. Il a pensé que c’était un problème de réfraction. Il a passé tout l’hiver à reprendre des mesures, toutes les nuits jusqu’en mars, même à Noël et à Nouvel-An. Et à chaque fois, les 2 premières étoiles donnaient des mesures cohérentes hyper précises, faisant de la Terrasse de la Fontana de Oro l’emplacement le plus précis de la planète. Mais Mizar donnait encore et toujours des résultats différents. Pour en avoir le coeur net, il lui suffirait de superposer ses mesures depuis Montjuïc à celles prises depuis l’hôtel, en soustrayant la distance entre l’hôtel et la montagne (que son équipement lui permettait bien sûr de connaître avec une précision inégalée).

Il créa une triangulation entre son hôtel, Montjuïc et la cathédrale de Barcelone. Ainsi qu’une seconde triangulation entre son hôtel, Montjuïc et la Lanterna (le phare du port). Il en aurait le coeur net. Sauf que… Il faudrait qu’il mesure les angles à chaque point. Et l’accès au château de Montjuïc, haut-lieu stratégique, était formellement interdit à tout citoyen français. Il a tellement supplié le Commandant de Montjuïc qu’il obtint le droit de réaliser des  mesures depuis son ancienne tour d’observation, pendant une seule et unique journée. Le dimanche 16 mars 1794, il grimpa donc sur la colline et réalisa sa dernière triangulation, tandis qu’en plaine, des centaines de ses compatriotes croupissaient derrière les barreaux. Puis il rentra à son hôtel pour faire ses calculs. La distance entre Montjuïc et son hôtel était de 1.1 mile, précisément. Verdict après la soustraction de la distance et la superposition des résultats: une anomalie encore plus importante que ce qu’il avait obtenu précédemment! Quelque chose était faux quelque part. Une observation ou un calcul. Impossible de savoir où. Il fallait recommencer toutes les observations et refaire tous les calculs, ce qui lui était formellement interdit… Le commandant avait déjà eu de gros ennuis pour lui avoir accordé cette journée. De plus, Méchain avait déjà expédié ses premiers résultats à ses collègues parisiens! Pour éviter le déshonneur, il a préféré camoufler ses résultats. Cela l’a hanté toute sa vie. Chassé d’Espagne, il s’est rendu en Italie (alors que tout le monde à Paris le croyait prisonnier des espagnols!) Et manque de pot, le mât du bateau s’est pris la foudre le jour du départ… Heureusement, cela n’a pas détruit son précieux matériel. Ce qui lui permit de reprendre la mission du côté français des Pyrennées plusieurs mois plus tard.

Longtemps après la fin de la mission, Méchain a même tenté de refaire une triangulation entre Barcelone et les Baléares pour en avoir le coeur net, dans des conditions si difficiles qu’il y mourrait, succombant au paludisme à 60 ans. Ce n’est qu’après sa mort que Delambre, après la publication des “Bases du Système Métrique” (signé de MM Méchain et Delambre, par loyauté et respect envers son camarade, alors que Delambre l’a écrit tout seul), ce n’est qu’après avoir complètement lié son nom à celui de Méchain, pour la postérité, que Delambre découvrit, en 1806, que Méchain avait camouflé ses résultats… Ses notes, prises au crayon, avaient été carrément effacées et réécrites!

Les années suivantes

Revenons à 1794… Je vous passe les détails du reste de l’expédition… Ce fut épique d’un bout à l’autre. On refusait à Delambre et Méchain leurs papiers-valeurs dans les auberges. Ils luttaient quotidiennement contre la pluie, la neige, le vent, les éléments… Leurs installations furent détruites à plusieurs reprises par la foudre. Delambre dut apprendre la couture pour greffer du tissu rouge et bleu sur les draps blancs de ses églises… Il se fit attaquer par des chiens… Méchain affrontant la glace et les mauvais conditions ne parvint à établir que trois malheureux triangles en 6 mois entre Perpignan et Carcassone. Ces messieurs, initialement plus à l’aise au milieu de leurs livres, dormaient désormais parfois à même le sol, ou dans des endroits carrément insalubres… On leur parlait en Provençal pour montrer qu’ils n’étaient pas les bienvenus et quand on ne les accusait pas d’espionnage, on les soupçonnait de sorcellerie… On leur créait tous les jours de nouveaux obstacles. Bref, il fallait vraiment vraiment croire à cette mission pour la conduire jusqu’au bout!

En 1797, quand Delambre arriva à Rodez, aucune trace de Méchain! Il était encore coincé dans les montagnes noires du Languedoc. Toujours tourmenté par ses résultats de Barcelone et victime du froid, il n’avait en fait réalisé que deux heures de mesures au cours des deux dernières années! Bref… Tout allait toujours de travers.

Mais bien sûr, avant cela, en 1795, la France s’impatientait et prit des mesures provisoires de l’expédition pour fixer ce qui deviendrait finalement le mètre, avec cette imprécision de 0,2 millimètres. Et tant pis pour le but même de cette mission qui devait ramener une mesure plus précise que jamais. De février 1796 à décembre 1797, 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 :

  • 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,
  • le quatrième à Sceaux (Hauts-de-Seine).
Mètre-étalon Paris (Wikipedia)

Le mètre étalon du 36, rue de Vaugirard à Paris (VIe arrondissement)

 

L’une dans l’autre, la véritable mission dura 7 ans et ne se termina qu’en 1799. Et quels que fussent ses résultats, il était déjà trop tard pour changer le mètre… Heureusement, peut-être, car les résultats, au final, étaient encore plus faux que les résultats provisoires! Finalement, le mètre théorique de l’Académie des sciences de 1791 était encore le plus proche de réalité. Si on s’en était tenu à celui-là, le mètre serait plus proche du dix-millionième de demi-méridien qu’il ne l’est aujourd’hui.

Tout ça pour ça! Le mètre est une formidable erreur dédiée “à tous les hommes et à tous les temps”! 

Si c’était à refaire, aujourd’hui, il est évident qu’on ne s’y prendrait pas comme cela. Mesurer une portion de méridien avant même de connaître la courbure de la Terre, n’était de toute façon pas une bonne idée. Ceci dit, la mission n’aura pas été inutile. Très forte sur le plan symbolique, elle a servi de levier politique pour faire passer le système métrique. Et de nombreuses avancées technologiques dans le domaine de la géodésie (la  science de la mesure de la Terre) en ont directement découlé. Et enfin, c’est tout de même une histoire épatante!

Pour finir l’histoire, on a produit de nouveaux  mètres-étalon en 1799 et 1889.

En 1960, La Conférence Générale des Poids et Mesures a adopté une définition du mètre fondée sur une base atomique (la longueur d’onde dans le vide de la radiation correspondant à une transition entre des niveaux d’énergie spécifiés de l’atome de krypton 86).

Puis en 1983, la même conférence a redéfini une dernière fois le mètre, par rapport à la vitesse de la lumière (la distance parcourue par la lumière dans le vide en  1299 792 458 de seconde), ce qui est pour le moins circulaire quand on sait que la vitesse de la lumière est justement déjà exprimée en mètres par seconde…

A la fin de la révolution métrique: un système harmonisé pour tous les poids et mesures…

Surfaces et volumes

Avec le même unité, on mesure non seulement les longueurs (même millimétriques ou kilométriques), mais également les surfaces avec le carré de l’unité, et les volumes avec le cube de l’unité. Même si les noms sont parfois un peu exotiques, comme le stère, par exemple, utilisé pour le bois et qui signifie en fait 1m3, les unités de distance, de surface et de volume sont toutes définies à partir du mètre.

Masse

Le gramme était initialement défini comme la masse d’un centimètre cube d’eau à la température de 4 °C, ce qui correspond à un maximum de masse volumique.

En 1799, un étalon en platine d’un kilogramme (le grave), soit la masse d’un décimètre cube d’eau, fut déposé (ainsi qu’un étalon du mètre) aux Archives de France.

En 1875, l’unité de masse fut redéfinie comme « kilogramme », qui devint ainsi la seule unité du système métrique avec un préfixe multiplicateur.

Ce n’est qu’en 1889 que le kilogramme des Archives fut remplacé par le prototype international du kilogramme, conservé depuis cette date au pavillon de Breteuil, qui abrite depuis 1875 le Bureau international des poids et mesures (BIPM).  On parle beaucoup de ce kilogramme-étalon car il pose aujourd’hui un sérieux problème sur lequel nous reviendrons à la fin du dossier.

Température

Avant la révolution métrique, on utilisait, en France, le degré Réaumur qui vaut 1,25 degré Celsius. (Sur l’échelle de Réaumur, l’eau gèle à 0°, mais bout à 80°). Dans la foulée de la révolution métrique, on a opté pour le degré centigrade avec lequel l’eau gèle à 0° et bout à 100°. D’ailleurs, ce n’est qu’en 1948, lors de la 9e Conférence générale des poids et mesures (CGPM), qu’on a finalement tranché entre les trois termes « degré centigrade », « degré centésimal », et « degré Celsius » en faveur de ce dernier.)

Argent

La France a restauré le franc qui datait de 1350, et l’a divisé en décimes et en centimes. Le décime (qui valait 10 centimes) fut rapidement oublié…

Calendrier

On l’a également décimalisé dans le calendrier républicain. Les 12 mois faisaient désormais tous 30 jours, soit 3 “décades” de 10 jours. Donc 360 jours par année. Du coup, on devait ajouter à la fin du calendrier des jours –  qu’on a d’abord appelés “sans-culottides” avant de les rebaptiser jours complémentaires -  pour faire le compte avec l’année “tropique” (soit le temps que prend la Terre pour faire un tour complet autour du Soleil).

Ces jours complémentaires avaient des noms tout à fait savoureux… Primidi, le jour de la vertu, duodi, le jour du génie, tridi, le jour du travail, quartidi, le jour de l’opinion et quintidi, le jour des récompenses.

Tous les quatre ans, bien sûr, on ajoutait le sextidi, jour de la révolution.

Quant aux jours de la semaine, on n’avait pas assez de planètes pour conserver leurs noms (lundi: Lune, mardi: Mars, mercredi: Mercure, jeudi: Jupiter, vendredi: Vénus, samedi: Saturne, et dimanche: dies Dominicus, le jour du seigneur… Un peu trop connoté pour les révolutionnaires), du coup, on a carrément donné un nom différent à chaque jour de l’année. En général des noms de plantes, et, tous les 5, 15, 25, un nom d’animal.

Aujourd’hui, 7 février, un jeudi,  nous serions le 19 du mois de pluviôse, ce jour portait dans l’année républicaine  le nom unique de pulmonaire.

Demain, ce sera serpette, puis thlaspithimelechiendenttrainasse et enfin lièvre le 25…

Bref, si le mètre était extrêmement pratique, le calendrier républicain en revanche, n’était pas vraiment une réussite! D’autant plus que de 52 semaines – donc 52 dimanches – on est subitement passés à 36 décadis, soit 16 jours de congé de moins par année. Sans compter toutes les fêtes catholiques qui avaient disparu du calendrier et devenaient des jours travaillés ordinaires. Les gens n’étaient pas contents. Et cela posait également de sérieux problèmes techniques: l’année républicaine devait commencer “à minuit le jour où tombe l’équinoxe vrai d’automne, pour l’observatoire de Paris“. Ce qui supposait de connaître toutes les équinoxes d’automne pour les années, voire les millénaires, à venir. Car le moins qu’on puisse demander à un calendrier, c’est quand même d’avoir un certain pouvoir prédictif! Le 22 septembre 1792, l’équinoxe a eu lieu à 9h 18′ 30”. En 1793, à 3h 11′ 38”. De quoi rendre fous les astronomes… Plus on s’éloignait dans le temps, plus il était difficile de prévoir quand commencerait l’année. Pour l’année 143, par exemple (c’est à dire septembre 1936), Delambre se rendit compte qu’on avait un gros problème. La précision des calculs ne permettait pas de savoir exactement si le 5e jour complémentaire tomberait 20 secondes avant minuit ou 2 minutes après, c’est à dire le jour suivant. Du coup, impossible de prévoir quand commencerait l’année 144!

Ce calendrier vécut 13 ans puis fut abandonné à tout jamais.

On notera en passant qu’il n’existe toujours pas de calendrier universel aujourd’hui.

Horaires

Les journées elles-mêmes n’avaient pas été épargnées! Le jour de minuit à minuit fut divisé en 10 heures de 100 minutes chacune, de 100 secondes chacune. Désormais, les jours compteraient 100’000 secondes. C’était certes très pratique, mais les heures étaient un peu longues…

Quid de l’adoption de ce système métrique?

Pendant des siècles, on a cherché une solution pour disposer d’unités de mesure standardisées et universelles, et quand une solution fut enfin été proposée, plus personne n’en voulait!

Il faut dire qu’on y perdait ses repères, tout changeait en même temps, les unités de longueur,  de surface, de volume, les masses, les températures, la monnaie…

Sans parler de l’objet même de la révolution: une nouvelle forme de gouvernance, de nouvelles valeurs… Tout, absolument tout, changeait en même temps! C’est d’ailleurs également à cette occasion-là qu’on a proposé un découpage du territoire français en 81 départements. Pourquoi 81? Parce que c’est le carré de 9. Chaque département était un carré de 18 lieues de côté (environ 75 km) , divisé en 9 districts, subdivisés en cantons. Des carrés dans des carrés qui devaient permettre à chaque citoyen – où qu’il habitât – de se trouver à une journée au maximum du chef-lieu de son département, ce qui lui permettrait de faire l’aller-retour en 2 jours en tout. (Ça, c’était sur le papier. Quelques discussions et compromis plus tard, ce n’est pas exactement comme cela que ça s’est passé, mais on comprend mieux la relative homogénéité de la taille des départements français.)

Bref, tout cela était tout à fait rationnel, très bien pensé, tous ces changements partaient d’une excellente intention, mais cela en faisait tout de même beaucoup à encaisser en même temps… Le terme “révolution” prend vraiment ici tout son sens!

Accessoirement, les transitions étaient compliquées… Tout comme quelque 210 ans plus tard, convertir 6,55957 francs français pour chaque Euro n’allait pas être chose aisée, à la Révolution, les anciennes et les nouvelles mesures n’étaient pas simples à convertir. Un mètre ne faisait bien sûr pas pile 3 pieds mais un peu plus. Les gens avaient peur de se faire avoir.

Malgré tout, le système métrique décimal fut institué le 18 germinal an III (7 avril 1795) par la loi ” relative aux poids et mesures “. Et fut diversément apprécié…

Le système métrique décimal était tellement simple et universel qu’il commença à se propager hors de France. Avec le développement de l’industrie et la mise en place des réseaux ferroviaires, tout le monde en avait besoin et son adoption se fit progressivement. Dès le début du XIXe siècle dans plusieurs provinces italiennes. Dès 1816 au Pays-Bas (où il fut même rendu obligatoire). En 1849 pour l’Espagne…

Tout le monde s’y mettait? Non… Un petit village résistait encore et toujours… Le petit village d’à côté aussi, et les villes, et les campagnes… Bref tout un grand pays résistait! Lequel? La France pardi!

Le peuple résistait, et pas seulement les paysans ignorants… Les anciennes mesures étaient encore bien ancrées dans toutes les mentalités, même chez les officiels du gouvernement. Et ce n’était pas tant par loyauté envers l’ancien régime qu’on restait attaché aux anciennes mesures, mais c’était juste le poids des habitudes…

Le président de l’Assemblée n’hésita pas à citer Jean-Jacques Rousseau: “Les hommes préfèreront toujours une mauvaise manière de savoir à une meilleure manière d’apprendre.”

L’ultime ironie se produisit lorsque l’Office Central des Poids et Mesures envoya un extrait des nouveaux standards métriques à une succursale de province en précisant que le poids du colis était de 60 livres poids-de-Marc!

Idem chez les professionnels… Ceux pour qui changer de poids et mesure supposait de changer d’équipement mettaient les pieds au mur! Les artilleurs râlaient aussi… Le système métrique allait nuire au ratio mathématique parfait entre le poids des boulets le calibre des canons! Bref, fidèle à une certaine tradition, la France râlait…

En 1812, Napoléon – qui avouait être “incapable de penser avec les nouvelles unités” –  rétablit carrément les anciennes subdivisions. Il inventa le pied métrique (d’un tiers de mètre), la toise métrique (de pile deux mètres)…

Après beaucoup de mesures contradictoires, ce ne fut que par la fameuse loi du 4 juillet 1837 (entrée en vigueur le 1er janvier 1840) que le système métrique fut définitivement et exclusivement adopté en France, soit tout de même quasi un demi-siècle après son invention! Et plus de 20 ans après les Pays-Bas!

Adoption progressive du système métrique dans le monde

Adoption progressive du système métrique dans le monde (image Wikipédia)

Petit à petit tout le monde (ou presque) adopte le mètre… Ceci dit, au cours du XIXe siècle, un nouveau problème apparaît: les pays qui ont opté pour le mètre sont dépendants de la France à chaque fois qu’il s’agit d’obtenir des copies exactes des étalons du mètre et du kilogramme. Pour éviter de nouvelles difficultés, on crée  le Bureau international des poids et mesures (B.I.P.M.) en 1875 qui permet de faire signer par 17 états, la même année, un traité  connu sous le nom de Convention du mètre. Pour faire court, cette Convention permet la création de trois institutions, la Conférence Générale des Poids et Mesures, le Comité International des Poids et Mesures et le Bureau International des Poids et Mesures, l’autorité mondiale en termes de  métrologie. Les travaux de ces différents organismes ont permis la création du Système international d’unités (SI), l’évolution du système métrique original, en vigueur presque partout (Sauf, comme on l’a vu la semaine dernière, aux Etats-Unis, au Myanmar (Birmanie) et au Libéria). Aux Etats-Unis, ceci dit, le système métrique est de plus en plus utilisé, dans les domaines de la science et de la médecine notamment, ainsi qu’au sein des Agences Fédérales.

Partout… Même chez les Anglais?

Eh oui, les Britanniques ont pris l’engagement d’adopter le système métrique lors de la Conférence internationale de Washington de 1884. C’est à la même occasion que le méridien de Paris fut abandonné au profit du méridien de Greenwich, après d’âpres discussions entre Français et Britanniques, en échange justement de l’adoption du système métrique par le Royaume-Uni. Je pense que nos amis français se sont un peu fait avoir, pour le coup ;)

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Petite illustration de notre ami Guillaume Lebrun (Twitter: @glb92 Web: glebcreation.fr) pour fêter le passage au mètre des Britanniques.

Quant aux américains, ils ont failli être les premiers à avoir le mètre! Thomas Jefferson, alors Premier Secrétaire d’Etat et tout à fait convaincu des idées de la révolution a proposé en 1789 au Congrès américain de passer au système décimal pour les unités de mesures.  Ce n’était pas exactement le mètre (il n’avais pas encore été inventé), mais un système très proche, et complètement en base 10. Après y avoir accordé beaucoup de considération, le Congrès n’a pas donné suite au projet.

Les unités actuelles, pas encore toutes basées sur des constantes…

Aujourd’hui, on se débrouille avec les 7 unités de base de base du Système International  : le mètre pour la longueur/distance, le kilogramme pour la masse (toujours la seule unité à préfixe de tout le système), la seconde pour le temps, l’ampère pour l’intensité des courants électrique, le kelvin pour les températures, la mole (utilisée en physique et en chimie pour comparer les éléments entre eux) et la candela qui permet de mesurer l’intensité des sources lumineuses. De ces 7 unités de base, sont dérivées 59 autres unités qui sont en fait des combinaisons des 7 premières (pour les vitesses, les puissances, la radioactivité, les angles, etc.)

Certaines de ces unités, sont déjà basées sur des constantes, d’autres pas encore. Un sous-comité du Comité international des poids et mesures (CIPM) a proposé une révision des définitions de ces unités de base, cette proposition pourrait être appliquée lors de la 25e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en 2014.

Le mètre, on l’a vu, est dérivé de la vitesse de la lumière depuis 1983 (la distance parcourue par la lumière dans le vide en  1299 792 458 de seconde), il ne va pas bouger.

La seconde a d’abord été définie comme la fraction 186400 du jour solaire terrestre moyen. E1956, pour tenir compte des imperfections de la rotation de la Terre – qui ralentit notamment à cause des marées –  elle a été basée sur la révolution de la Terre autour du Soleil et définie comme la fraction 131 556 925,9747 de l’année tropique 1900. Finalement, en 1967, elle a été redéfinie par rapport à une constante, la radioactivité du césium. Extrait de Wikipédia : 

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux hyperfins F=3 et F=4 de l’état fondamental 6S½ de l’atome de césium 133.

En d’autres termes, la seconde est un multiple de la période de l’onde émise par un atome de césium 133 lorsqu’un de ses électrons change de niveau d’énergie. C’est déjà une constante, elle ne va pas bouger non plus en 2014

L’ampère est basé sur une définition difficile à reproduire de manière précise (je vous épargne le protocole!). La nouvelle définition est basée sur une valeur numérique fixe de la charge élémentaire. Tout aussi compliqué, je vous laisse aller voir ici pour en savoir plus.

Le kelvin se base sur les changements d’état de l’eau pour définir l’échelle. La nouvelle recommandation propose de se baser sur l’énergie équivalent comme donnée par l’équation de Boltzmann. Le kelvin devient dépendant des définitions de la seconde, du mètre et du kilogramme.

La mole est actuellement définie par rapport au kilogramme; c’est  la quantité de matière d’un système contenant autant d’entités élémentaires qu’il y a d’atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12. Dès l’année prochaine, elle pourrait être définie en fixant la valeur numérique du nombre d’Avogadro.

La candela 

La définition proposée est la même que celle utilisée actuellement mais reformulée. Là aussi, je vous épargne les formules complexes, mais si vous y tenez vraiment, vous pouvez cliquer ici :)

Le kilogramme

kilogramme_etalonJe l’ai gardé pour la fin car c’est une histoire en soi… On l’a vu, le gramme était initialement dérivé du mètre. En 1889, on en a coulé un kilogramme-étalon en platine iridié, placé sous une cloche et conservé au Bureau international des poids et mesures (BIPM), à Sèvres, près de Paris. Le problème, c’est que malgré toutes les précautions, aujourd’hui, ce kilo n’est plus ce qu’il était!

Selon le BIPM, “en raison de l’accumulation inévitable de polluants sur les surfaces, le prototype international subit une contamination réversible de surface d’environ 1 microgramme par an en masse”. Du coup, aujourd’hui, plus aucune copie n’est en accord avec l’étalon, on a un sérieux souci…

La redéfinition proposée par le  sous-comité du CIPM propose de faire comme pour la mole, soit le baser sur la constante d’Avogadro. Cela le rendrait dépendant des définitions de la seconde et du mètre. Une alternative consisterait à le baser sur constante de Planck (qui définit la taille des quanta).

Mais ces propositions vont peut-être complètement revues car une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley vient de réussir un tour de force spectaculaire publié dans Nature le 1er février dernier: ils ont réussi à mesurer la masse en secondes! Un excellent article de Pierre Barthélémy (Passeur de Sciences) explique le principe en détail. En gros, il s’agit d’expérimentations basées sur la relativité générale d’Albert Einstein et la théorie des Quanta de Louis de Broglie avec un soupçon de relativité restreinte, notamment la dilatation du temps. Les chercheurs de Berkeley ont donc eu l’idée de combiner les ondes de matière émises par des atomes en mouvement avec les ondes provenant d’atomes stationnaires. On a pu mesurer le décalage et l’étude conclut qu’on peut utiliser un seul atome pour mesurer le temps. Mais ce qui est beau, c’est que l’inverse est vraie: en mesurant le temps on peut connaître la masse de l’atome!

Bref, on n’a pas fini de parler du kilogramme!

Merci particulier à Jonathan Pain-Chamming’s sans qui ce dossier en deux volets n’aurait pas existé (c’est lui qui l’a demandé), à Laurent Vavasseur, médiateur scientifique au Musée des Arts et Métiers à Paris, à Ben Curdy et Julien Geandrot qui ont porté à ma connaissance l’article de Pierre Barthélémy du 3 février 2013 sur la mesure de la masse en secondes. Et enfin merci à Guillaume Lebrun alias Gleb, pour son illustration sur le passage au système métrique par les britanniques.

Sources et références


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La mesure de toute chose - partie 2 - comment on en est arrivé au mètre, 4.8 out of 5 based on 10 ratings
  • Pingback: La mesure de toute chose – partie 1 – pourquoi il nous fallait le mètre()

  • Pingback: Podcast science 118 – Système métrique 2/2: comment on en est arrivé au mètre()

  • http://www.facebook.com/people/Levi-Tooker/100000544550902 Levi Tooker

    Petite correction: c’est le Libéria, pas le Nigéria, qui utilise encore les unités anglo-saxonnes. Le Nigéria a adopté le système métrique en 1962.

  • Alan Vonlanthen

    Aaargh, j’y crois pas… J’ai réussi à confondre Libéria et Nigéria… Quelle andouille… Bon, ben, c’est corrigé dans la version écrite. Et je ferai mon mea culpa derrière le micro la semaine prochaine pour la version audio. Tout grand merci! A bientôt!

  • Frederic Conrotte

    Superbe dossier, très très intéressant ! Juste par curiosité, question pour Alan: combien de temps est-ce que cela t’a pris pour créer ce dossier ?

  • Alan Vonlanthen

    Merci :)

    Le temps de préparation, c’est tout le drame… Je viens de faire l’addition pour répondre à ta question et je viens subitement de comprendre pourquoi je n’avais plus réussi à caser la moindre séance de sport depuis 3 semaines…

    L’une dans l’autre, pas loin de 40 heures, détail ci-dessous. Je précise que j’ai un boulot et une famille. Faut vraiment soit être un grand malade, ou véritablement prendre son pied à faire ce genre de trucs (ou les deux).

    Heureusement que j’ai pris mon pied ;)

    Recherche:
    – Lecture du livre de Ken Alder, env. 8h
    – Visite du MUAM, env. 1h
    – Lectures d’articles divers sur l’histoire du système métrique + lecture de bribes du livre de D. Guedj, env 4h
    – Enquête sur le web pour la 1e partie du dossier (anecdotes), env. 4h
    – Vérification des sources lors d’infos contradictoires (parties 1&2), env 4h

    Rédaction (yc relecture, corrections):
    – Env 6h pour la première partie
    – Env 10h pour la deuxième (enfin, là, je ne suis pas trop sûr… C’est peut-être moins pour la 1e et plus pour la 2e)

    Présentation:
    – Env 1h15 pour les deux parties

    Montage:
    – Env. 2h sans compter le reste de l’émission (surtout pour virer mes quintes de toux dans la 2e partie ;) )

  • Frederic Conrotte

    40 heures… impressionnant… comme tu dis il faut vraiment que tu prennes ton pied pour consacrer autant de temps à ce hobby. Merci à toi !

  • http://twitter.com/Pierre_reunion Pierre Réunion

    Vu qu’on peut maintenant mesurer la masse en secondes et l’inverse, 40h ça fait combien de kilos ? ;-p
    En tout cas ça confirme une chose : faire un régime c’est perdre son temps !
    Encore une fois : Bravo pour le dossier, j’aime cette science servie sur un plateau.

  • Kramnik

    Un petit message en passant par là,

    Merci Alan pour ces deux épisodes succulent. Si les quantas, les fractales, les algos génétiques ne font partis de cet épisodes ainsi que le précédent, je puis affirmer qu’il y a de quoi se mettre sous la dent d’excellents petits fours pour continuer sur la métaphore culinaire. Pour tout avouer, je me suis pris à me plonger complétement dans ce récit fort bien conduit par les soins d’Alan, notre chère Alan, à l’origine de ce magnifique podcast.

    En tout cas merci beaucoup, j’ai beaucoup appris, même sur l’histoire de la France !

    Je suis impatient d’entendre le prochain podcast !

    A bientôt
    Kramnik

  • Alan Vonlanthen

    Ça y est… Je rougis… Merci Kramnik, à bientôt :)

  • http://www.facebook.com/regis.motheau Régis Motheau

    Salut à tous ! Merci pour cet épisode qui m’a replongé dans l’épopée extraordinaire de Méchain et Delambre, une histoire que j’affectionne particulièrement.
    Une petite remarque d’Alan dans l’épisode 1 m’a bien fait marrer, à savoir que les gens de la renaissance n’avaient pas d’App pour convertir les monnaies. En effet, il leur fallait jongler entre deniers, livres tournois et sols (ou sous) dans un système fonctionnant à la fois en base 20 et en base 12 (12 deniers pour un sol et 20 sols pour une livre).
    Mais en cela ils étaient néanmoins aidés par des tables de compte (l’app. de l’époque ;) ), sorte de bouliers fonctionnant à partir de jetons placés sur un tableau tracé sur une nappe qu’on dépliait pour l’occasion ou directement gravé sur le bois du comptoir des commerçants. C’est d’ailleur de l’usage de ces tables de compte (fonctionnant en base 20 pour la conversion sous/livres) que pourraient (je dis bien “pourraient”) provenir l’utilisation des termes souvent moqués par Alan ;) de soixante-dix et quatre-vingt dix (quatre-vingt dix = quatre jetons dans la colonne des 20 et un dans la colonne des 10).
    Je cite tout cela de ma mémoire vieillissante d’ancien étudiant en archéologie. Il conviendrait bien entendu de vérifier tout ça avec des sources qui vont bien, mais l’idée est là et je ne pouvais pas résister à l’envie de vous faire partager cette piste de réflexion et par la même occasion de tenter de réhabiliter le mal parler français qu’Alan aime tant ;-) lol
    Bonne continuation à tous et encore merci pour votre travail et votre envie de partager !