Poids et étalons

Pile de poids de 64 marcs en bronze

Pile de poids de 64 marcs en bronze

Pile de poids de 64 marcs en bronze fabriquée à Nüremberg en Allemagne et ajustée par Jean Mourette, balancier en France.
La masse du boîtier est de 7833,9 g et la masse du godet de deux marcs est de 489,5 g.

L’importance de l’uniformité des mesures peut seule maintenir la sécurité dans les rapports commerciaux et plus généralement dans la vie sociale.
Les poids et mesures employés doivent donc être conformes aux lois et pour pouvoir vérifier cette conformité, on a construit des étalons.
Le Bureau International des poids et mesures, institué par le Convention du Mètre le 20 mai 1875, s’est donné pour tâche d’assurer l’unification mondiale des mesures par la confection et la détermination du mètre et du kilogramme internationaux, ainsi que leurs copies destinées à être distribuées à tous les États qui en feraient la demande pour constituer leurs étalons nationaux.
Sur la photo, étalons du litre, du mètre et du kilogramme.Conformément au “Vocabulaire de métrologie légale”, les poids “sont des objets qui permettent le mesurage d’une masse à l’aide d’une balance”, la masse d’un corps étant “la quantité de matière” qui exprime globalement le nombre d’entités élémentaires qu’il contient (atomes, etc.).
Dans le langage courant, le poids est la force due à l’action de la pesanteur sur les corps matériels ; le mot poids est aussi utilisé pour désigner la mesure de cette force.

La quantité de matière d’un corps n’est pas affectée par le lieu où il se trouve ; la mesure de sa masse est donc partout la même.
Le poids, lui, dû à l’action de la pesanteur, donc de l’attraction terrestre (ou de tout autre astre sur lequel le corps pourrait se trouver), varie avec celle-ci, c’est-à-dire avec la masse de l’astre et avec la distance qui sépare le corps du centre de l’astre. Le poids d’un même corps est plus faible en altitude que dans les grands fonds sous-marins, 8 fois plus faible sur la Lune que sur Terre et 100 fois plus faible sur Terre que sur Jupiter !
Mais, en un lieu déterminé, le poids est toujours proportionnel à la masse. Les physiciens ont donc pu établir le principe de “la mesurabilité de la masse par le poids”. On mesure la masse d’un corps en comparant, sur une balance, le poids de ce corps avec le poids de “masses étalonnées”, c’est-à-dire de “poids-objets”.
Jusqu’en 1889, l’unité de poids (donc de force) était le kilogramme, ce qui était une erreur puisque le poids-étalon “kilogramme” servait
à mesurer des masses.
La première Conférence générale des poids et mesures, en 1889, décide : “Le prototype du kilogramme sera considéré désormais comme unité de masse”, et, en 1948, la 9e Conférence adopte pour l’unité de force (donc de poids) le “newton”.
La balance sert à mesurer le poids des corps.
La balance ordinaire se compose d’un barre horizontale appelée fléau.
Le fléau est muni d’une aiguille ; il est mobile autour d’un axe central formé par l’arête d’un couteau qui partage le fléau en deux parties égales, appelées bras, aux deux extrémités desquels sont fixés deux plateaux de même dimension et de même poids.
Dans une pesée, il s’agit d’équilibrer le poids, inconnu,
d’un objet avec des poids de
masse connue.
La précision d’une balance dépend de la qualité de sa fabrication, de l’ajustement de ses pièces et de la conformité des poids utilisés par rapport à l’étalon.
Le terme de balance est également utilisé pour la mesure de quantité d’électricité statique (balance électrique, balance de Coulomb), pour la mesure de la quantité d’argent déposée sur les objets que l’on argente (balance argyrométrique), balance pneumatique pour mesurer la compression de l’air dans les soufflets d’orgue, et même, au sens figuré, pour l’équilibre de masses financières.

De “l’homme, mesure de toutes choses” à l’étalon propriété indivisible de tous les pays.
L’infinie, étonnante et scandaleuse diversité des mesures françaises avant la Révolution dépasse tout ce qu’on peut imaginer. L’histoire de la fondation du système métrique se confond avec celle de la Révolution française.
Prendre pour base du système une dimension simple, invariable et susceptible d’être retrouvée dans tous les temps, empruntant à la Nature une de ses constantes, c’est ainsi qu’a été imaginé le système métrique pour tous : une fraction du méridien terrestre.
L’histoire féodale a longtemps favorisé la confusion des mesures publiques.
1670 : l’astronome Jean Picard propose d’adopter pour base la longueur du pendule simple dont chaque oscillation a la durée d’une seconde.
1790 : Talleyrand propose à l’Assemblée Nationale l’unification  des poids  et  mesures.
Décret du 8 mai 1790 : L’étude de la question d’un système de mesures simple, uniforme et construit sur des bases rationnelles est confiée à l’Académie des Sciences.
17 mars 1791 : le rapport dans lequel est proposé l’adoption pour unité fondamentale de longueur la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, et de donner à cette unité le nom de mètre, est soumis à l’Assemblée nationale.
1793 : le système métrique provisoire est adopté.
On confie alors à Delambre et Méchain la délicate mission de mesurer l’arc du méridien compris entre Dunkerque et Barcelone.
1795 : le mètre apparaît, c’est une règle de platine portée solennellement à la barre de la Convention. Sa fiabilité étant contestée, il est demandé à une Convention internationale d’effectuer de nouvelles mesures afin de construire un étalon, propriété indivisible de tous les pays et adopté comme prototype universel : le mètre étalon est né ; il équivaut au quarante millionième de la circonférence de la terre.
La mesure complète de l’arc de méridien n’est définitivement achevée que vers la fin de 1798.
Arrestations et révocations temporaires, endommagements et destructions de leurs ouvrages géodésiques, tels sont les incidents qui émaillent une réalisation qui dure six ans, de 1792 à 1798.
Delambre et Méchain, à l’aide du cercle  répétiteur de Borda obtiennent une précision de une seconde sur les mesures d’angles.
22 juin 1799 : le résultat trouvé par Méchain et Delambre, soit le quart du méridien égal à 5 130 740 toises, est adopté par le Corps législatif.

La précision des mesures, une clef pour développer les échanges.
La qualité de la production industrielle et les progrès scientifiques sont liés à la précision des mesures.
L’augmentation et l’internationalisation des transactions commerciales     exigent que la mesure exprime une réalité de façon claire et précise, compréhensible par tous les utilisateurs ; c’est indispensable à la bonne entente des parties, au respect de la réglementation et à la sécurité.
Il n’y a pas de mesure sans unité de mesure et, pour s’entendre sur cette unité, il faut qu’elle soit définie concrètement par un étalon.

L’usage de poids pour déterminer la masse des objets à l’aide d’une balance remonte à la très haute Antiquité. En temps et lieux, les systèmes pondéraux se diversifient, engendrant une hétérogénéité aux lourdes conséquences. D’un tel constat se dessine, au XVIIIe siècle, le souci d’uniformiser poids et mesures, pendant la Révolution l’urgence d’instituer le système métrique, en 1875 la nécessité de créer le Bureau International des Poids et Mesures, garant de l’unification et de la coordination mondiales des mesures physiques.

Septembre 1793 : la Convention Nationale crée la Commission Temporaire des Poids et Mesures pour étudier les problèmes ; elle est remplacée en 1795 par l’Agence Temporaire des Poids et Mesures, qui sera supprimée par le Directoire en 1796.
Il faut attendre près d’un siècle pour que devant l’urgence, on parvienne à une adhésion et une coordination entre les pays : la résistance populaire, encouragée en France sous le premier empire, reste profonde ; quant à la résistance des Anglo-Saxons, véritable roman à épisodes, elle reflète leur désir d’imposer la suprématie de leur industrie dans le commerce international.

1851 : Le besoin d’un système universel de poids et mesures se fait cruellement sentir lors de la première Exposition Universelle de Londres “en présence de l’immense variété des produits envoyés de toutes les contrées du monde, et dont la valeur, ainsi que les quantités, sont rapportées à toutes sortes d’étalons de mesure.”
Le besoin de normalisation également, nécessaire à une industrie qui se complexifie, se développe avec l’électricité mais surtout avec le commerce international. Réglée par des décisions gouvernementales, elle représente le barrage le plus efficace contre la concurrence étrangère. Mais souvent la qualité de l’innovation l’emporte et impose ses normes.

Exposition  universelle  de  1867 à Paris: l’opinion penche en faveur du système métrique, décimal, conforme au système de numération universellement employé, donc pratique.
La Seconde Conférence générale de l’Association géodésique Internationale, réunie à Berlin, reconnaît l’urgence et la nécessité  de fixer l’unité commune de mesure pour tous les pays d’Europe, et se prononce dans l’intérêt de la science en général et de la géodésie en particulier, pour le choix du Système métrique.
1869 : Napoléon III approuve la création d’une commission préparatoire et invite les Etats étrangers à s’y faire représenter.
1870 et 1872 : réunion de la Commission internationale du Mètre.
On fabrique avec toutes les précautions nécessaires les règles en platine.
Le 20 mai 1875 :  les résolutions prises par l’assemblée des savants sont officialisées par la Conférence diplomatique du mètre ; les 17 Etats signataires signent la Convention du mètre et s’engagent à fonder et à entretenir à frais communs un Bureau International des Poids et Mesures, scientifique et permanent, dont le siège est fixé en France.
Cette Convention donne le signal de l’uniformisation mondiale des unités de mesures.

Jusqu’en 1889, physiciens et métrologues adoptent le kilogramme comme unité de poids (force). Singulièrement, le poids de cet étalon varie selon le lieu où il se trouve alors que sa masse reste constante ! La première Conférence Générale des Poids et Mesures décide d’adopter le kilogramme comme unité de masse.
1889 : remise solennelle aux Etats membres d’étalons extraits de coffres-forts à 3 serrures, assurance qu’ils sont conformes et non détériorés par malveillance ou maladresse.

1927 : extension des attributions du Bureau International au domaine des unités électriques.
1937 : extension au domaine des unités photométriques.
1948 : le newton devient unité de force.
1960 : extension au domaine des étalons de mesure des rayonnements ionisants.

L’exigence de précision amène les scientifiques à l’idée de contrôler les étalons de mesure par une unité prise dans la nature, idée déjà ancienne puisqu’elle avait fourni le premier mètre étalon. Mais la terre n’est pas assez invariable pour fournir un bon moyen de contrôle de l’étalon. On propose alors d’abandonner les étalons matériels pour les remplacer par des étalons fondés sur des constantes naturelles qui ne dépendent plus d’un objet particulier périssable ou modifiable : la longueur d’onde d’une vibration lumineuse par exemple.

Balance de Lavoisier

Balance de Lavoisier

Grande balance de précision de Lavoisier, exécutée par Fortin en 1789.

Elle a servi aux pesées pour établir le premier étalon de l’unité de poids du système métrique. Elle pouvait peser jusqu’à 10  kg avec une précision de 25  mg.

Extraits de Musée des arts et métiers, l’Album

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