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La voie de son... mètre
La science de la mesure
Métrologie... Du grec metron, la mesure. Nous y sommes tellement habitués, nous trouvons cela tellement "naturel", que nous avons oublié que les notions de mètre, litre et kilogramme ont à peine 300 ans d'âge ! Elles sont le fruit d'une incroyable collaboration scientifique, initiée en France, qui s'est lentement répandue dans (presque) tous les pays. Histoire d'une belle invention.
Ordo ab chaos !
L'ordre naît du désordre... Cela pourrait être la morale de toute cette histoire ! Imaginez le Royaume de France, vers 1750. L'unité la plus utilisée pour la mesure des longueurs, parmi des dizaines d'autres, était le pied. Mais ce pied mesurait 358 mm à Bordeaux, 341 mm à Lyon, 325 mm à Paris et 270 à Aix ! Une autre mesure, la perche, faisait 18 pieds sur la rive gauche de Paris et 20 pieds sur la rive droite. L'aune, qui servait à mesurer la longueur des étoffes, faisait 1,97 m en Dauphiné et 0,52m à Strasbourg !
Dans ce chaos, imaginez les problèmes pour réaliser une carte routière, régler les litiges commerciaux ou réaliser une préparation pharmaceutique rédigée dans un autre département... Le grain de blé était mesuré en setier, minot et boisseau, mais d'une ville à l'autre, le setier pouvait valoir de 12 à 20 boisseaux ! Une pièce de tissu de soie, achetée à Grenoble, doublait son prix en arrivant à Strasbourg, même en tenant compte des frais de transport. Beaucoup de gens se sont ainsi enrichis, en achetant une "unité" là où elle était la plus grande, pour la revendre où elle était la plus petite. Les gens les plus pauvres étaient les premières victimes de cette situation. Autre conséquence de ce désordre, comment calculer un impôt juste et identique pour tous ? Impossible !
Ajoutons que seuls les "savants" calculaient en base 10. Le peuple utilisait des fractions et des multiplications par 12 ou 16 - la vente des huîtres ou les œufs à la douzaine est d'ailleurs une réminiscence de cette époque. Alors que la France s'unifiait, cette diversité fut progressivement perçue comme une "pagaille" dommageable, avec ses cortèges d'injustices et de désordres économiques, qui seront l'un des facteurs de la Révolution de 1789. Pour s'en convaincre, il suffit de lire les Cahiers de doléances des communes de France. La demande d'une unification des unités de mesure est récurrente : tout le monde la réclame. D'autant que le marché national et international se développe, d'une province ou d'un pays à l'autre.
Quelle(s) unité(s) ?
En 1789, la recherche d'une unité commune n'est pourtant pas une nouveauté. La Chine (voir encadré) s'était dotée d'un système unifié, dès 3 000 avant notre ère. Charlemagne, en 789, avait imposé un système unique qui ne lui survivra pas. Les romains avaient le leur, basé sur le pas du légionnaire !
Mais toutes ces unités avaient un défaut majeur : elles n'étaient pas "universelles". C'est à dire reposant sur une donnée calculable par tous les hommes, partout. Le premier à avoir imaginé une solution fut l'abbé Gabriel Mouton. En 1670, il proposa une unité de mesure "géométrique", basée sur les dimensions de la Terre. L'unité de base était "la longueur d'un arc d'une minute de méridien terrestre". Un méridien est un cercle imaginaire, passant par les deux pôles, découpé en 360° (degrés) de chacun 60' (minutes). Connaissant le diamètre du cercle, il est aisé de déterminer cette longueur, baptisée milliaire par Mouton, et qui deviendra notre mètre. Pour simplifier, Mouton proposa de diviser son milliaire en 10 decuria et 100 centuria. Mais toute la difficulté était de connaître avec précision la circonférence du méridien. D'autant que l'on croyait alors que la Terre était une sphère parfaite ! Or la Terre est aplatie aux pôles, comme le prouva Charles Marie de la Condamine en 1744, par des calculs complexes.
La légende des lius
En Chine, on prétend que la musique est la mère des poids et mesures... Vers 3 000 avant notre ère, un maître de musique fut chargé par l'Empereur d'établir l'uniformité des tubes musicaux (lius). Ayant coupé un bambou et soufflé dedans, il découvrit qu'il obtenait la note exacte de la source du Fleuve Jaune. Il appela son tube Houang tchong (la cloche jaune). Peu après, un couple de faisans chanta six notes à proximité. Le maître reconnu dans la première note Houang tchong et s'empressa de couper onze autres bambous qu'il accorda sur les notes qu'il entendait. C'est ainsi que naquirent les 12 lius de l'échelle musicale chinoise. Pour étalonner de façon précise chaque liu, le maître prit des grains de millet (chou) et compta 81 grains pour la longueur de houang tchong. Dans l'histoire des Han, écrite au 1er siècle de notre ère, il est rappelé que les mesures de longueur, de capacité et de masse, sont toutes issues de la fabuleuse Cloche jaune.
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Quand la politique s'en mêle...
Le 9 mars 1790, Talleyrand a relancé l'idée plus ou moins oubliée de Mouton : "L'innombrable variété de nos poids et mesures et leurs dénominations bizarres [...] est un piège de tous les instants [...]" Il proposa la création d'une commission de scientifiques, chargés de réaliser une mesure fiable : un mètre, calculé à partir d'une fraction de la longueur du méridien, et un poids, dérivé de la pesée d'un volume d'eau. Le 8 mai, l'Assemblée nationale créa la dite commission, dont la composition était confiée à Condorcet. Il réunit Charles de Borda, Coulomb, Lagrange, Laplace, Lavoisier et Tillet, tous mathématiciens, physiciens et astronomes. L'Assemblée engagea la commission à contacter le gouvernement britannique, pour s'assurer de l'aspect "universel" des mesures déterminées.
Après moins d'un an de travail, le 19 mars 1791, Condorcet a présenté officiellement le mètre, qui est "égal à la dix millionième partie du quart du méridien terrestre". Restait à calculer avec précision cette distance. Deux astronomes, Pierre-François Méchain et Jean-Baptiste Delambre ont été chargés de mesurer non pas tout le méridien, mais l'arc de 9° et demi qui va de Dunkerque à la banlieue de Barcelone. Six années, pleines de dangers et d'aventures burlesques, leur seront nécessaires. Une étonnante aventure à découvrir dans l'excellent livre La méridienne, de Denis Guedj (Ed. Seghers).
Le mètre permettait de calculer les volumes et surfaces, mais il fallait aussi choisir une unité de poids. Sur les conseils de Lavoisier, ce sera un volume d'eau connu (un décimètre cube d'eau distillée) qui donnera cette unité baptisée alors grave. Un décret du 1er août 1793 imposa à tous le mètre, divisé en décimètres, centimètres et millimètres, pour les longueurs. L'are (carré de 100 m de côté, soit notre hectare actuel) divisé en déciare et centiare. Le pinte est devenu l'unité de volume (cube de 1 dm de côté). Le mètre cubique est le cade. Enfin, l'unité de poids est le grave, qui est la millième partie d'un mètre cube d'eau.
Mais les habitudes ont persisté ! Dans le contexte d'une France encore fort diversifiée, par exemple pour les heures locales et les langues, le peuple renâclait à utiliser les nouvelles mesures - malgré des tableaux de conversion distribués dans tout le pays ! Et les chamboulements politiques, à Paris, ont fait un peu oublier le projet. Oubli encore renforcé par l'arrivée d'une série de nouvelles mesures précises : l'heure de 60 mn, le degré d'angle, la température en degré Celsius (qui était inversé : 100 correspondant au début de fonte de la glace et 0 au point d'ébullition de l'eau ), le calendrier décimal, etc. Il faudra attendre un décret du 4 juillet 1814 pour que le système métrique soit imposé officiellement en France - plus de cinquante ans s'écouleront encore, avant qu'il n'entre réellement dans les mœurs. Même si certaines unités locales ont survécu plus longtemps, avec des adaptations ou des abandons. Du moins jusqu'en 1930, quand la scolarisation a contribué à imposer le mètre.
Ainsi en Provence, le pan mesurait 24 cm et il en fallait 8 pour faire 1 cane : le pan passa à 25 cm, la cane à 2 mètres et le tour était joué ! En revanche, la liéuro (livre) provençale, d'environ 400 grammes, fut abandonnée et aujourd'hui la seule unité équivalente usitée dans la région est le demi-kilo - le mot livre y est obsolète. Les noms des anciennes unités survivent parfois dans des expressions figurées (" six pieds sous terre ").
En 1847, la commission française des poids et mesures, qui poursuit toujours son travail, adressa aux principales puissances du monde "trois étalons de cuivre, un mètre, un kilogramme et un litre, renfermés dans une boîte d'acajou, garnie de velours et fermant à clé". Ce seront les expositions universelles (Londres en 1851, Paris 1855 et 67) qui joueront le rôle de promoteurs auprès des pays étrangers. Tout le monde convenait, il est vrai, de la nécessité d'une mesure unique. Dès 1848, l'Espagne adopta le système métrique. L'année suivante, le Chili et la République Dominicaine. Le Portugal suivit en 1852... La Grande-Bretagne attendra 1965 et l'Australie... 1970 ! Il ne "reste" aujourd'hui que trois pays à refuser le système métrique : le Nigeria, le Myanmar (Birmanie) et... les Etats-Unis, qui auraient voulu imposer leur système de yards, miles et autres gallons d'origine britannique.
Système métrique (SM) et système international (SI)
En 1875, le Bureau international des poids et mesures (BIPM) est créé à Sèvres, près de Paris. C'est là que sont conservés les étalons destinés à servir de référence à tous les pays du monde. Ils sont enterrés 9 m sous terre, sous des cloches de verre dans lesquelles on a fait le vide le plus poussé possible. Ces étalons n'ont été sortis que quatre fois de leur étui, la dernière remontant à 1946, pour éviter toute altération : une rayure pourrait "arracher" quelques millièmes de milligramme au kilo étalon !
Le personnel du BIPM, qui regroupe environ 70 personnes, est originaire des 51 pays membres. Ils ont le statut diplomatique et disposaient, en 1999, d'un budget de près de 9 millions d'euros. C'est le BIPM qui réalise les prototypes qui sont envoyés dans tous les pays. Le mètre, par exemple, est réalisé dans un alliage de platine et d'iridium, pour éviter les déformations dues aux changements de température et lui donner une très grande dureté. Il développe aussi toutes les nouvelles mesures nécessaires : pression atmosphérique (1885), thermométrie (1888), radioactivité (1960), échelle de temps (1988), etc.
Mais si l'étalon d'origine du mètre est toujours conservé à Sèvre, la définition du mètre a beaucoup changé ! En 1960, il est devenu "la longueur égale à 1 650 763,73 longueurs d'onde dans le vide de la radiation correspondant au saut d'un électron entre les niveaux 2p10 et 5d5 de l'atome de krypton 86". Puis, en 1983, "la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1 / 299 792 548 seconde" ! Car la plus grande précision est désormais nécessaire pour réaliser des expériences scientifiques, des préparations pharmacologiques, des opérations chirurgicales complexes, pour l'envoi de sondes dans l'espace ou le positionnement de robots dans l'industrie... Toutes ces mesures sont redéfinies régulièrement dans ce que l'on appelle le Système International (SI) et qui comprend sept unités de base : le mètre pour les longueurs, le kilogramme pour les masses, la seconde pour le temps, l'ampère pour le courant électrique, le Kelvin pour les températures, la mole pour la quantité de matière et le candela pour l'intensité lumineuse. À cela s'ajoutent 64 unités dérivées, comme le volt et le watt. Cela peut paraître compliqué, mais qu'est-ce que ce serait si nous utilisions encore la toise, le grain ou le pouce, reliés par des coefficients 12, 16, 20... !
A lire, à voir, à faire...
Musées :
Si le Pavillon de Breteuil, qui abrite le BIPM, ne se visite pas, il ne faut pas manquer les extraordinaires collections du Conservatoire national des arts et métiers (292, rue Saint Martin, 75003 Paris), qui consacre une large part à la métrologie. A voir notamment, le laboratoire de Lavoisier.
Livres :
- La méridienne, Denis Guedj, Seghers : l'histoire du calcul du méridien entre Dunkerque et Barcelone. Un livre drôle et passionnant.
- Le mètre du monde, Denis Guedj, Seuil. Une source inépuisable d'informations sur l'histoire du mètre.
- La métrologie historique, J.-C. Hoquet, PUF, Que sais-je ? Un petit livre qui a le mérite d'être clair.
- Histoire universelle de la mesure, de Franck Jedrzejewski, Ellipses. Un gros livre, un peu cher (35 euros), un peu difficile, mais qui détaille et explique les multiples unités de mesures utilisées de tous les temps et par les différentes civilisations.
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