L’importance de la mesure

Alors que les médias sont à l’heure de la recherche de la vie sur Mars (encore), ils oublient de parler d’un sujet tellement important qu’on ne saurait rien faire sans : la mesure. IL EST L’HEURE D’EN PARLER ! (l’heure, le temps, on mesure, mdr t’as compris ?)

1. Qu’est ce que c’est que quoi la mesure ?

La mesure, c’est la détermination de la valeur numérique d’une grandeur par rapport à une référence. Exemple : je veux mesurer ma taille. Je vais en réalité comparer ma taille aux longueurs indiquées sur le mètre mesureur que je vais utiliser et décider de celle qui correspond le mieux. Et inconsciemment, on mesure TOUT LE TEMPS. Vous cherchez votre chemin ? Le GPS utilise la définition de la seconde. Vous conduisez ? Vous estimez constamment les distances. Vous êtes dans une pièce éclairée ? Le cerveau va ajuster la taille de votre pupille à l’éclairage de la pièce. Et caetera, et caetera. On passe notre vie à tout mesurer.

2. Les unités de base de toute mesure

Le système SI

Un jour, le monde s’est internationalisé et s’est dit que c’était un peu le bordel si chacun gardait son système de mesure.. Va comprendre 5 pieds si tu mesures en mètre ! Alors un conseil scientifique s’est réuni et a créé le Système International, un ensemble de 7 unités qui définissent toutes les mesures que l’Humanité puisse faire.

Le temps et la seconde

La première, et non des moindres, c’est la seconde. C’est la seule, et je dis bien la SEULE unité existante qui ne soit pas définie par rapport à une autre unité. L’avantage de cette unité de mesure, c’est qu’elle est universelle. Avant que la seconde en tant que telle n’existe, on mesurait déjà des durées. Et la durée que tout le monde connait, c’est le jour. La durée d’une journée ne change pas que vous soyez à Paris, New York ou en Egypte. Ce qui est très pratique, avouons-le.
 

Exemple de cadran solaire © Jardideco

Mais ce qui est encore plus pratique, c’est qu’avec l’avancée de la science, on a trouvé des choses encore plus précises qu’une journée ! Je vous prie d’accueillir l’atome de Césium 133 et ses 9 192 631 770 vibrations par seconde ! *clapclapclap*
 

Cesium cristallisé dans une fiole © Wikipédia

Notre ami Césium est l’atome ayant les vibrations les plus précises connues à ce jour ! Evidemment, les scientifiques cherchent des atomes plus lourds, qui auraient plus de vibrations en une seconde et qui de ce fait seraient plus précis. Affaire à suivre !

La longueur et le mètre

Le mètre a toujours été une mesure fondamentale de notre quotidien. Le problème étant que cette mesure est beaucoup moins universelle que la seconde. Par exemple, avant 1750, on mesurait des longueurs par rapport à la taille du pied ou de la main du souverain/seigneur. Question universalité, on n’y était pas trop.. Par contre, Einstein a découvert la chose la plus universelle qui soit : la relativité. Et avec elle, la vitesse de la lumière. Elle est constante peu importe où, quand, comment vous la mesurez (vous verrez souvent revenir cette formulation, mais en mêm temps c’est logique étant donné qu’on cherche des choses universelles). Comme on connait la seconde et la vitesse de la lumière (299 792 458 mètres par seconde), le mètre est simplement défini comme la distance parcourue par la lumière en 1 sur 299792458 secondes. Pas évident à mesurer pour nous autres simples mortels, mais ça marche très très bien, ne vous en faites pas !

La masse et le kilogramme

On arrive ici dans les parties un peu plus obscures de la physique. Mais avant toute chose, si le kilogramme apparait en 3ème position, ce n’est pas pour rien. Il est défini en fonction de nos deux copains d’avant : le mètre et la seconde. Et ces trois comparses apparaissent dans la définition d’une constante physique : la constante de Planck. Celle-ci permet notamment de donner l’énergie d’un photon E=hv avec v la fréquence du photon et h la fameuse constante de Planck égale à 6,62607015×10-34 kg.m².s-1. C’est d’ailleurs une des plus grosses modifications faites en 2018. Avant cela, le kilogramme était défini comme la masse d’1 dm3 d’eau distillée à 4°C. Et entre les deux, le poids référence d’1 kg était fait d’un alliage d’Iridium et de Platine (10%/90%) et est conservé au Bureau International des Poids et Mesures à Sèvres. En France donc.

La température et le kelvin

Comme pour le kilogramme, si le Kelvin est en 4ème position, c’est qu’il dépend de ses trois prédecesseurs. Depuis la réforme des mesures (appelons la comme ça), la constante de Boltzmann permet de définir le Kelvin, unité de mesure de la température (non le degré Celsius n’est pas l’unité internationale). Cette constance permet de définir l’entropie (= degré de désorganisation) d’un système thermodynamique et même la constante des gaz parfaits. On commence à être dans du charabia ? Je comprends. Mais ce n’est pas si compliqué que ça. Un système thermodynamique est simplement un ensemble (de molécules, de trucs et d’autres) qui échangent ou non avec son milieu extérieur. Un gaz parfait est un gaz dont les molécules n’interagissent pas entre elles. Pas plus compliqué que ça ! Pour en revenir au Kelvin, il est donc défini à partir de la constante de Boltzmann égale à 1,380649×10-23 kg.m².s-2.K-1.

Le courant électrique et l’ampère

Cette fois-ci, 5ème ne veut pas dire « dépendant des 4 prédecesseurs ». L’Ampère, unité de l’intensité de courant électrique, est défini en fonction de la seconde et de la charge élémentaire des électrons. Les électrons, peu importe lesquels, auront toujours la même charge : e=1,602176634×10-19 A.s et encore une fois, c’est très pratique pour la postérité. Pour celui-là, je ne vous ferai pas l’affront de vous préciser la précédente définition, c’est tellement spécifique que je me demande sincèrement comment on a réussi à avoir une définition correcte de l’Ampère.

Fun fact sur l’Ampère : quand on dit d’un courant électrique qu’il est dangereux (pas mettre les doigts dans la prise, etc), en fait c’est pas le voltage qui joue sur la dangerosité d’un courant mais bien son ampérage.
 

Sensations et dangers de l’ampérage © Sirta
La chimie et la mole

Surprise ! Enfin une unité qui n’est pas définie grâce aux autres ! Quoi la seconde ? Ah oui.. Mais la seconde n’a jamais été définie par rapport à une autre unité, alors que la mole.. Avant le 20 mai 2019, une mole était la quantité de matière contenue dans 12 grammes de carbone 12 et le nombre d’Avogadro le nombre d’atomes de carbone dans 12 grammes. Ca semble pareil, mais non. Le nombre d’Avogadro a pour unité l’inverse d’une mole donc c’est pas pareil. Donc avant on définissait le nombre d’Avogadro en fonction de la mole, maintenant c’est l’inverse. On définit la mole à partir du nombre d’Avogadro qui a rejoint la grande famille des constantes scientifiques immuables ! Youpi ! Et maintenant, une mole contient 6,02214076×1023 entités élémentaires (protons, neutrons, atomes, etc).
 

Graphite et diamant, les deux formes du carbone © Wikipédia
L’intensité lumineuse et le candela

Peut être ne le saviez vous pas mais le Candela est bel et bien une unité qui existe. Et c’est l’unité de l’intensité lumineuse. Comment vous en parler pour que ce soit clair ?
 

 
En fait, le candela mesure l’intensité lumineuse reçue par l’oeil. Et si vous ne le saviez pas, l’oeil ne reçoit toutes les longueurs d’onde de la même manière (c’est pour ça qu’on ne voit que dans le visible et pas en infrarouge, radio ou autre). Le candela est donc défini par rapport à l’efficacité lumineuse (la capacité de l’oeil à percevoir) d’un rayonnement monochromatique à 540×1012 Hz (donc une longueur d’onde de +/- 555 nanomètres, donc vert) égale à 683 cd.sr.kg-1.m-2.s3. J’ai essayé de rendre ça clair, je vous jure !

Fun fact : ça s’appelle candela parce qu’avant on mesurait l’intensité lumineuse par rapport à la luminosité d’un bougie (candel).

3. Pourquoi en parler ?

Il ne faut pas croire qu’on garde les mêmes définitions de ces 7 unités depuis l’aube de temps. Ces unités sont redéfinies de temps à autre par la communauté scientifique internationale. Et fin 2018, c’est exactement ce qu’il s’est produit. On a redéfini nos 7 unités de base à partir de constantes physiques immuables, qui restent les mêmes peu importe où, quand, comment on les mesure. Et ces nouvelles définitions sont entrées en vigueur fin mai 2019, améliorant ainsi la précision de tous les instruments connectés utilisant ces unités : GPS, téléphone, stations météo, etc..

Sources :

Source 1 : L’ami Wiki (SI)
Source 2 : L’ami Wiki (Mesure)
Source 3 : LNE
Source 4 : Exploradôme
Source 5 : CNRS

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