Origines et histoires des unités

Chaque unité que nous utilisons au quotidien porte un nom qui cache une histoire. Le mètre est né de la taille de la Terre ; le cheval-vapeur, d’une comparaison avec les chevaux. Remontons aux origines, à l’histoire et à la définition actuelle des unités qui nous entourent.

Mètre (m)

Origine

Du grec métron (μέτρον), « mesure ». C’est l’acte même de mesurer qui a donné son nom à l’unité.

L’histoire

En 1791, l’Académie des sciences a défini le mètre comme la dix-millionième partie de la distance de l’équateur au pôle Nord, soit un quart du méridien. On fabriqua plus tard un Prototype international du mètre en platine iridié, étalon mondial de longueur à partir de 1889.

Définition actuelle

Depuis 1983, le mètre est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde, fixant la vitesse de la lumière c à exactement 299 792 458 m/s.

Mètre (m) →

Sources: Wikipedia (en): Metre

Kilogramme (kg)

Origine

Le préfixe d’origine grecque kilo- (« mille ») et le français gramme (du bas latin gramma) : littéralement « mille grammes ».

L’histoire

Pendant plus d’un siècle, le kilogramme fut défini par le Prototype international du kilogramme (surnommé « Le Grand K »), un cylindre de 90 % de platine et 10 % d’iridium conservé dans un coffre du BIPM, près de Paris. C’était le seul étalon physique de masse, mais au fil des décennies le prototype et ses copies se sont écartés de quelques dizaines de microgrammes.

Définition actuelle

Le 20 mai 2019, le kilogramme a été redéfini en fixant la constante de Planck h à exactement 6,62607015×10⁻³⁴ J·s, et le prototype physique, après 130 ans, a enfin été retiré.

Kilogramme (kg) →

Sources: Wikipedia (en): Kilogram ·Wikipedia (en): International Prototype of the Kilogram

Seconde (s)

Origine

Du latin secunda (pars) minuta, « la deuxième petite division ». Diviser une heure par 60 donne la « minute » (première petite division) ; rediviser par 60 donne la « seconde ».

L’histoire

La seconde a longtemps été définie comme 1/86 400 d’un jour solaire moyen (24 h × 60 × 60). Mais la rotation de la Terre oscille légèrement : il fallait une référence plus stable.

Définition actuelle

En 1967, la seconde a été définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes du rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133, ancrant le temps à l’horloge atomique.

Seconde (s) →

Sources: Wikipedia (en): Second

Degré Celsius (°C)

Origine

En l’honneur de l’astronome suédois Anders Celsius (1701-1744). Le nom « degré Celsius » et le symbole °C ont été adoptés par la Conférence générale des poids et mesures en 1948.

L’histoire

Celsius proposa son échelle en 1742, mais l’originale était inversée par rapport à aujourd’hui : 0 était le point d’ébullition de l’eau et 100 son point de congélation (plus le nombre est grand, plus il fait froid). L’échelle fut inversée après sa mort (on l’attribue notamment à Carl von Linné), donnant 0 = congélation et 100 = ébullition.

Définition actuelle

C’est aujourd’hui l’échelle courante où l’eau gèle à 0 °C et bout à 100 °C (à la pression standard). Un degré Celsius est défini comme ayant exactement la même taille qu’un kelvin.

Degré Celsius (°C) →

Sources: Wikipedia (en): Celsius ·Wikipedia (en): Anders Celsius

Degré Fahrenheit (°F)

Origine

En l’honneur du physicien et fabricant d’instruments d’origine allemande Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736).

L’histoire

Fahrenheit établit son échelle vers 1724. Il fixa 0 °F près de la température la plus basse produite par un mélange réfrigérant d’eau, de glace et de chlorure d’ammonium (sel), et utilisa environ la température du corps humain comme l’un des points de référence (les détails restent débattus).

Définition actuelle

Dans la définition moderne, l’eau gèle à 32 °F et bout à 212 °F, soit un écart d’exactement 180 degrés. Elle reste d’usage courant aux États-Unis et dans quelques autres lieux.

Degré Fahrenheit (°F) →

Sources: Wikipedia (en): Fahrenheit ·Wikipedia (en): Daniel Gabriel Fahrenheit

Kelvin (K)

Origine

En l’honneur du physicien d’origine irlandaise William Thomson, 1ᵉʳ baron Kelvin (1824-1907), qui choisit son titre d’après la rivière Kelvin, qui longe l’université de Glasgow.

L’histoire

Unité SI de température thermodynamique, le kelvin est une échelle absolue partant du zéro absolu (température théorique la plus basse, où le mouvement moléculaire cesse, environ −273,15 °C). Un kelvin a la même taille qu’un degré Celsius : il suffit d’ajouter 273,15 à une valeur Celsius pour obtenir des kelvins.

Définition actuelle

Depuis la redéfinition de 2019, le kelvin est défini en fixant la constante de Boltzmann k à exactement 1,380649×10⁻²³ J/K.

Kelvin (K) →

Sources: Wikipedia (en): Kelvin ·Wikipedia (en): William Thomson, 1st Baron Kelvin

Cheval-vapeur (ch)

Origine

Littéralement « la puissance d’un cheval » : une unité de puissance imaginée par l’ingénieur écossais James Watt (1736-1819).

L’histoire

Watt définit le cheval-vapeur pour vendre ses machines à vapeur en les comparant aux chevaux de trait, principale source de force de l’époque, en se fondant sur le rythme auquel un cheval pouvait soulever une charge. L’unité SI de puissance, le watt, porte à son tour le nom de Watt lui-même.

Définition actuelle

Un cheval-vapeur mécanique (horsepower) équivaut à environ 33 000 pieds-livres-force par minute (ft·lbf/min), soit environ 745,7 watts.

Cheval-vapeur (ch) →

Sources: Wikipedia (en): Horsepower

Mille (mi)

Origine

Du latin mille passus (milia passuum), « mille pas ». Mille signifie « mille ».

L’histoire

Le mille romain valait 1 000 « pas » — un pas étant une enjambée complète, un avancement de chaque pied — soit environ 1 480 m au total. Les longueurs variaient selon les régions jusqu’à ce qu’une loi anglaise de 1593 fixe le mille à 8 furlongs, soit 5 280 pieds.

Définition actuelle

Le mille international moderne est défini comme valant exactement 1 609,344 m (1,609344 km).

Mille (mi) →

Sources: Wikipedia (en): Mile

Pouce (in)

Origine

Du latin uncia, « un douzième », la même racine que l’once. Un pouce vaut un douzième de pied.

L’histoire

On dit traditionnellement qu’il dérive de la largeur d’un pouce (le doigt). L’Angleterre médiévale définissait aussi le pouce comme la longueur de trois grains d’orge (barleycorn) mis bout à bout (1 pouce = 3 grains d’orge).

Définition actuelle

Le pouce international moderne est défini comme valant exactement 25,4 mm (2,54 cm).

Pouce (in) →

Sources: Wikipedia (en): Inch

Nœud (nd)

Origine

Littéralement de « nœud ». Un nœud vaut un mille marin par heure (environ 1,852 km/h) et sert à mesurer la vitesse des navires et des aéronefs.

L’histoire

À l’époque de la marine à voile, les marins jetaient à la mer un morceau de bois attaché à une corde (le loch, ou log line) comportant des nœuds à intervalles réguliers. En comptant combien de nœuds filaient pendant un temps fixé, mesuré au sablier, on obtenait la vitesse du navire ; d’où le nom.

Définition actuelle

Le mille marin sur lequel il repose correspond à une minute de latitude le long d’un méridien et vaut aujourd’hui exactement 1 852 m, si bien qu’un nœud égale 1 852 m/h.

Nœud (nd) →

Sources: Wikipedia (en): Knot (unit) ·Wikipedia (en): Nautical mile

Calorie (cal)

Origine

Du latin calor, « chaleur ». C’est une unité de chaleur ou d’énergie.

L’histoire

Une calorie est grossièrement définie comme la chaleur nécessaire pour élever un gramme d’eau de 1 °C (1 K), même si la valeur dépend de la température de référence de l’eau (d’où des variantes comme la calorie à 15 °C). Notez que la « Calorie » (Cal) de la nutrition est en réalité une kilocalorie (kcal, 1 000 cal).

Définition actuelle

Une calorie équivaut à environ 4,184 joules. L’unité SI d’énergie est le joule, généralement utilisé en science.

Calorie (cal) →

Sources: Wikipedia (en): Calorie

Questions fréquentes

Pourquoi les unités ont-elles été redéfinies à partir de constantes physiques ?

Les objets physiques comme un prototype peuvent être perdus, endommagés ou dériver avec le temps. Les constantes physiques, telles que la vitesse de la lumière ou la constante de Planck, sont les mêmes partout dans l’univers : fonder les unités sur elles permet à chacun de reproduire la même unité à tout moment et en tout lieu, avec une précision bien supérieure. En 2019, le kilogramme, le kelvin et d’autres sont passés à cette approche.

Comment le mètre a-t-il été défini à l’origine ?

En 1791, l’Académie des sciences a défini le mètre comme la dix-millionième partie de la distance de l’équateur au pôle Nord (un quart du méridien). Après une époque de prototypes physiques, il est depuis 1983 défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde.

La « Calorie » des aliments est-elle la même que la « calorie » de la physique ?

Ce sont en fait des unités différentes. La « Calorie » (Cal) des étiquettes alimentaires vaut 1 000 fois la calorie physique (cal), c’est-à-dire une kilocalorie (kcal). Une calorie physique est la chaleur nécessaire pour élever un gramme d’eau d’environ 1 °C, soit environ 4,184 joules.

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