Petite histoire de la définition des unités

Dans mon vieux

« L’élasticité est l’effort par lequel certains corps comprimés tendent à se rétablir dans leur premier état. L’hypothèse des petits tourbillons renfermés & comprimés dans les corps, fournit, ce semble, une idée assez naturelle de la cause de l’élasticité. Ils sont eux-mêmes autant de petits ressorts invisibles qui agissent avec d’autant plus de force qu’ils se trouvent plus resserrés.

Les partisans de l’attraction la donne encore ici pour cause. Mais c’est surtout dans les phénomènes de la gravité ou pesanteur qu’elle joue, à les entendre, le plus beau rôle. Qu’on admette, disent-ils, une action réciproque entre les corps quoique éloignés & plongés dans le vide : que les uns attirent les autres avec d’autant plus de force qu’ils auront plus de masse & qu’ils en seront plus voisins ; ou pour me servir du langage ordinaire, que l’attraction varie en raison directe des masses et en raison inverse, non de la simple distance, mais du carré de la distance ».

Bien que les « partisans de l’attraction » soient traités avec ironie, ils avaient déjà raison. Les phénomènes physiques commençaient à être expliqués, mais avec un chaos de valeurs disparates parmi lesquelles les physiciens et chimistes et même le commerce avaient bien du mal à accorder leurs calculs.

Vers le milieu du XVIIe siècle, une seule mesure quasiment universelle existait (elle datait des Chaldéens) : le degré d'angle.  L'angle droit est divisé en 90 degrés de 60 minutes chacun. Les navigateurs et les astronomes font des relevés d'une grande précision avec des cercles gradués, tant et si bien que Kepler découvrira en 1619 les lois des orbites. 

Mais ces lois sont fonction des distances, et faute d'une unité de longueur commune à tous les pays, pas de mesures scientifiques possibles. Entre les provinces d'un même royaume, il n'y a pas de références fixes, et pas seulement pour les longueurs : les unités de surface, de volume ou de poids ont des valeurs aussi diverses que variées d'une ville à l’autre. Pour ajouter à la confusion, ces unités portent le même nom malgré leurs différences : les longueurs s'appellent toujours pieds ou toises, les volumes boisseaux ou tonneaux, les poids livres ou grains.

Le système des poids et mesures est complètement incohérent, que ce soit en France ou dans les autres pays d'Europe. L'étalon de longueur est en principe la toise qui fait 6 pieds-de-Roi ; mais ce pied n'est pas la longueur comprise entre le talon et les orteils, mais celle couverte par quatre paumes, la paume étant la largeur de quatre doigts posés à plat.

Comme ces doigts peuvent être longs et fins, ou courts et boudinés, la paume est à géométrie variable ; il en résulte que sa la valeur d'un pied varie de 20 % d'une province à une autre. Il en va de même de l'aune ou de la lieue. Quant aux unités de volume, bichets, boisseaux et autres muids, c'est pire encore : avec 10 boisseaux d'une ville on en remplit 15 de la cité voisine, de plus et bien que portant le même nom, les boisseaux, setiers et autres unités de volume ont des contenances différentes suivant qu’ils servent aux liquides ou aux grains.

En 1666, Colbert fonde l'Académie des sciences où se regroupent astronomes et géographes pour lesquels cette diversité des mesures est un obstacle majeur à toute recherche un peu précise, et, à partir de là, de nombreuses propositions d’unités vont être effectuées :

En 1670, le père Gabriel Mouton propose la " virga " qui sera la millième partie de la distance découpée sur le méridien terrestre par une minute d'angle (le millième du mille marin actuel).

En 1671, l'abbé Jean Picard, opte pour la longueur d'un pendule d’un période de une seconde.

En 1718, après avoir mesuré la longueur du méridien entre Dunkerque et Collioure, Jacques Cassini propose le centième d'un arc d'une seconde, soit un peu plus de 30 cm.

En 1740 l’Académie envoie au Pérou Charles de La Condamine avec pour tâche de mesurer la longueur du pendule simple battant la seconde à l'équateur.

En 1774 Turgot, contrôleur des Finances, propose au marquis de Condorcet le travail difficile d'unification des mesures ; en 1776, Turgot est remplacé par Necker et la réforme est abandonnée.

En 1789, de nombreux cahiers de doléances, réclament l'uniformisation des poids et mesures, surtout pour ne plus dépendre dans le paiement des impôts en nature de mesures arbitraires propres à chaque seigneur.

En juin 1789 Condorcet, reprend le travail interrompu en 1776. Une  commission, composée des plus grands savants de l'époque, Coulomb, Laplace, Lavoisier et autres, est chargée d’uniformiser les poids et mesures. C'est Talleyrand, qui donnera l'impulsion décisive le 9 mars 1790 en proposant un projet de réforme qui abolit toutes les anciennes unités féodales.

Reste à trouver l'étalon de longueur dont seront dérivées les unités de surface, de volume, et même de poids par pesée d'un volume unitaire d'eau distillée : c'est le pendule qui est choisi.

Le 8 mai 1790, l'Assemblée nationale donne autorité à l'Académie des sciences pour fixer les nouvelles unités.

Condorcet réunit une nouvelle équipe, approuvée par le roi Louis XVI le 6 juin 1790, et par l'Assemblée le 12 juin. Dès le 27 octobre la commission choisi l'échelle décimale pour toutes les mesures. Décision très importante qui met fin aux toises divisées en 6 pieds de 12 pouces de 12 lignes, aux livres divisées en 2 marcs de 8 onces de 8 gros, etc.

Le 16 février 1791, Charles de Borda forme une nouvelle commission avec Condorcet, Laplace, Lagrange et Monge ; elle repousse le pendule, et décide de prendre à la place comme étalon de longueur un arc de méridien. La triangulation, base de la mesure des arcs de méridien, est d'une grande fiabilité et bien plus précise que ne peuvent l’être les mesures sur le pendule et la précision de la seconde.

Le décret du 26 mars 1791 adopte donc le quart du méridien terrestre comme base du nouveau système ; on se contentera de mesurer un arc de 9 degrés et demi entre Dunkerque et Barcelone pour en déduire la longueur d'un arc de 90 degrés (quart de méridien), et la dix-millionième partie de cette longueur. 

Des relevés sont effectués par Cassini, Legendre, Méchain, Monge et, le général Meusnier au début puis Delambre. Méchain et Delambre effectueront tous les travaux de triangulation. La Convention, puis la Terreur, puis la guerre entre la France et l’Espagne rendent le travail très aléatoire. Les travaux reprennent en juillet 1795 et seront achevés en 1798.

La Convention exige en décembre 1792 que l'Académie fixe des étalons provisoires. Le 29 mai 1793, Borda, Condorcet, Laplace et Lagrange présentent une première série de valeurs : la longueur du mètre découle des mesures de méridien faites quarante ans plus tôt par l'abbé de La Caille. Ce mètre, terme proposé par Borda, divisé en décimètres, centimètres et millimètres, mesure 0,513243 toises. L'unité de poids est le grave, poids d'un décimètre cube d'eau distillée, subdivisé en décigrave, centigrave et milligrave. C'est Lavoisier et Haüy qui l'ont déterminé au début 1793. La Convention adopte ces valeurs par la loi du 1er août 1793. L'article premier de cette loi stipule que " le nouveau système des poids et mesures, fondé sur la mesure du méridien de la Terre et la division décimale, servira uniformément dans toute la République. "

Le 8 août la Convention supprime toutes les académies, ce qui oblige à nommer une Commission temporaire des poids et mesures.

Le 28 novembre Lavoisier est arrêté ; Borda, Laplace, Coulomb, Brisson et Delambre protestent : ils sont exclus de la Commission. Lavoisier, le plus grand chimiste du XVIIIe siècle, sera guillotiné le 8 mai 1794. La Commission cesse toute activité à la fin juin 1794.

Le 7 avril 1795, la loi entérine définitivement le nouveau système métrique : mètre pour les longueurs, are pour les surfaces, stère et litre pour les volumes, gramme pour les masses, et franc pour les monnaies. La fabrication des anciennes mesures est interdite. Et, comme pour l’Euro en fin d’année 2001, en fin d'année 1795, la France entière est obligée de passer au système métrique.

Delambre et Méchain n'ont toujours pas terminé leurs mesures du méridien. Fin octobre 1798 ils se rejoignent à Carcassonne. Cette fois le mètre est égal à 0,513074 toises, et cette longueur est matérialisée par une règle en platine. Le kilogramme, dont la mesure a été reprise par Lefèvre-Gineau et Fabbroni, est de son côté défini par un cylindre de platine et, en juin 1799, les deux étalons sont remis au garde des Archives de la République - ils seront remplacés en 1889 par deux autres étalons beaucoup plus précis en alliage platine/iridium qui sont conservés au pavillon de Breteuil, à Sèvres.

Malgré la définition moderne de l’unité de longueur, et même si le mètre n'a plus aujourd'hui pour référence internationale la règle en platine iridié du pavillon de Breteuil, mais " la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant 1/299 792 458 de seconde ", la base de toute mesure scientifique reste néanmoins l'arc de méridien mesuré par Delambre et Méchain.

Dans mon autre moins vieux

« Dictionnaire Général des Sciences Théoriques et Appliquées »

par MM. Jules GAY et Louis MANGIN Docteurs es Sciences, professeurs au lycée Louis Le Grand, 5^e édition de 1905 voici ce qu’il est écrit au sujet du kilogramme :

KILOGRAMME (Phys.). - Unité pratique de masse. Le kilogramme-étalon en platine a été déposé aux archives le 4 messidor AN VII (23 juin 1799). Ce bloc de platine est resté jusqu'en 1889 l'étalon du kilogramme. Depuis le 26 septembre 1889, le kilogramme international, est représenté par son prototype déposé au Bureau international des poids et mesures, au Pavillon de Breteuil, à Sèvres. Ce prototype est constitué par un cylindre en platine iridié à 10%, dont la hauteur est égale au diamètre, et dont les arêtes sont arrondies. La plupart des Etats ayant adhéré à la convention du mètre ont reçu une ou plusieurs copies du kilogramme international.

Dans les différentes éditions du dictionnaire de l’Académie Française, voilà ce qui est écrit au sujet du « mètre ».

Déjà, on peut voir que le mot « mètre » existait bien avant qu’il soit employé comme unité de longueur et ceci est corroboré par le Dictionnaire Littré et l’Encyclopédie Diderot et d’Alembert.

MÈTRE. s. m. Il se dit, dans la Versification grecque et dans la Versification latine, d'un pied déterminé par la quantité, comme le dactyle, le spondée, etc. Le dactyle est un mètre que l'on multiplie lorsqu'on veut exprimer la légèreté, la rapidité. Il se dit aussi de la nature et du nombre de pieds nécessaires à la formation de chaque genre de vers. On a fait un traité sur les mètres employés par Horace. Le mètre du vers français de dix syllabes est favorable au récit familier. Il y a une harmonie propre à chaque mètre. Vers du même mètre. Changement de mètre.

Édition de 1798, dans le supplément contenant les mots nouveaux en usage depuis la révolution :

MÈTRE. s. m. Unité principale des mesures républicaines. Le mètre est égal à la dix-millionième partie de l'arc du méridien terrestre, compris entre le pôle boréal et l'équateur, ce qui équivaut à-peu-près à trois pieds 11 lignes et demie.

Édition de 1835 :

MÉTRE, se dit encore de L'unité fondamentale des nouvelles mesures, laquelle est égale à la dix-millionième partie de l'arc du méridien terrestre, compris entre le pôle boréal et l'équateur, et à peu près équivalente à trois pieds onze lignes et demie des anciennes mesures. Mètre carré. Mètre cube. Le mètre est l'élément de toutes les autres mesures, et même des poids.

L’édition de 1878 donne exactement la même définition que celle de 1835

Édition de 1932-1935

MÉTRE se dit encore de la Longueur, à la température de 0°, du prototype international, en platine, déposé au Bureau international des Poids et Mesures, à Sèvres. Le mètre est l'unité principale de longueur, il est sensiblement égal à la dix-millionième partie de la distance du pôle à l'équateur. Mètre carré, Unité de surface équivalant à un carré d'un mètre de côté. Mètre cube, Unité de volume équivalant à un cube d'un mètre de côté. Se dit, par extension, de l'Instrument (règle, ruban d'étoffe ou de métal, etc.) qui reproduit la longueur-type et permet de mesurer.