unités, Système international d' [SI]

unités, Système international d'unités [SI], nom officiel adopté par la 11e Conférence générale des poids et mesures, réunie à Paris en 1960, afin de désigner un système universel, cohérent et normalisé d'unités de mesure destiné à être utilisé dans les sciences, l'industrie, le commerce et les échanges internationaux. Le Système international d'unités est fondé principalement sur le système MKS, c'est-à-dire le système mètre-kilogramme-seconde, auquel furent progressivement ajoutées d'autres unités fondamentales nécessaires aux mesures physiques modernes.

Le Système international est universellement désigné par le sigle SI abréviation de Système international. Ce système a été conçu afin de remplacer les nombreux systèmes d'unités incompatibles utilisés auparavant dans les différents pays et disciplines scientifiques.

La conférence de 1960 fixa initialement six unités fondamentales ainsi que deux unités supplémentaires destinées aux mesures angulaires. En 1971, une septième unité fondamentale fut ajoutée : la mole, utilisée pour mesurer la quantité de matière. Le SI constitue aujourd'hui le système légal de mesure dans la majorité des pays du monde, notamment en France.

Le Système international repose sur des définitions extrêmement précises basées sur des constantes physiques fondamentales et sur des phénomènes naturels reproductibles. Son objectif est d'assurer l'uniformité et la comparabilité des mesures réalisées partout sur la planète.

Longueur

L'unité fondamentale de longueur du SI est le mètre, symbole m.

Le mètre fut initialement défini dans le système métrique comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre. Pour matérialiser cette unité, un étalon physique constitué d'une barre en alliage de platine et d'iridium fut fabriqué.

Selon la convention internationale, le mètre standard correspondait à la distance séparant deux traits gravés sur cette barre étalon conservée dans des conditions très strictes.

En 1960, les progrès de la physique atomique conduisirent à une nouvelle définition beaucoup plus précise. Le mètre fut alors défini comme 1650763,73 fois la longueur d'onde du rayonnement rouge-orangé émis par l'isotope 86 du krypton.

Cette définition permit d'améliorer considérablement la précision des mesures de longueur dans les laboratoires scientifiques.

En 1983, une nouvelle redéfinition fut adoptée à partir d'une constante physique fondamentale : la vitesse de la lumière dans le vide. Depuis cette date, le mètre est défini comme la longueur parcourue par la lumière dans le vide pendant une durée de :

Cette définition relie directement le mètre à la constante fondamentale :

où c représente la vitesse de la lumière dans le vide.

Grâce aux lasers et aux techniques optiques modernes, cette définition permet d'obtenir des mesures d'une précision extrêmement élevée.

Masse

L'unité fondamentale de masse du SI est le kilogramme, symbole kg.

Lors de la création du système métrique, le kilogramme fut défini comme la masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C température correspondant à la densité maximale de l'eau.

Afin de matérialiser cette définition, un cylindre de platine extrêmement précis fut fabriqué. Cependant, les scientifiques constatèrent qu'il était très difficile de produire une eau parfaitement pure et stable dans des conditions identiques.

En 1889, le cylindre de platine fut remplacé par un nouveau prototype en alliage de platine-iridium, plus stable et plus résistant. Ce cylindre devint le kilogramme international officiel conservé au International Bureau of Weights and Measures.

Pendant plus d'un siècle, cet objet matériel servit de référence mondiale pour toutes les mesures de masse.

Les progrès de la physique moderne ont cependant montré que même ce prototype pouvait subir de très faibles variations de masse dues à des contaminations microscopiques de surface. Pour cette raison, les scientifiques ont progressivement remplacé les définitions fondées sur des objets matériels par des constantes physiques universelles.

Aujourd'hui, le kilogramme est lié à des constantes fondamentales de la mécanique quantique, ce qui garantit une stabilité beaucoup plus grande des mesures.

Temps

Pendant des siècles, les mesures du temps furent basées sur la rotation de la Terre autour de son axe. La seconde, unité fondamentale de temps du SI, était alors définie comme :

du jour solaire moyen.

Cependant, les astronomes découvrirent que la rotation terrestre n'était pas parfaitement régulière. De légères variations de vitesse rendaient cette définition insuffisamment stable pour les besoins scientifiques modernes.

En 1967, une nouvelle définition atomique de la seconde fut adoptée à partir des propriétés de l'atome de césium 133. La seconde correspond désormais à 9 192 631 770 oscillations de la radiation associée à une transition hyperfine de cet atome.

Cette fréquence est exprimée en hertz Hz unité correspondant au nombre de cycles par seconde.

Les horloges atomiques modernes utilisant le césium permettent d'obtenir des mesures du temps d'une précision extraordinaire. Certaines présentent des erreurs inférieures à une seconde sur plusieurs millions d'années.

Cette précision est indispensable pour les systèmes de navigation par satellite, les télécommunications mondiales, les réseaux informatiques et les expériences scientifiques de haute précision.

Le Système international d'unités constitue aujourd'hui la base universelle des mesures scientifiques et techniques. Grâce à ses définitions fondées sur des constantes physiques fondamentales, il assure une uniformité mondiale des mesures indispensable au développement des sciences, de l'industrie et des technologies modernes.