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The origins of the metric system in France and the Metre Convention of 1875, which opened the way to the International System of Units and its revision in 2018

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HAL Id: hal-02164933

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in 2018. Comptes Rendus. Physique, Académie des sciences (Paris), 2019, 20 (1-2), pp.6-21.

�10.1016/j.crhy.2018.12.002�. �hal-02164933�

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Comptes Rendus Physique

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The new International System of Units / Le nouveau Système international d’unités

Les origines du système métrique en France et la Convention du mètre de 1875, qui a ouvert la voie au Système

international d’unités et à sa révision de 2018

The origins of the metric system in France and the Metre Convention

of 1875, which opened the way to the International System of Units and its revision in 2018

Suzanne Débarbat,Terry Quinn1

ObservatoiredeParis,LNE–SYRTE,UMR8630CNRS,61,avenuedel’Observatoire,75014Paris,France

i nf o a rt i c l e ré s u m é

Historiquedel’article :

DisponiblesurInternetle14février2019

Mots-clés :

Systèmemétriquedécimal Conventiondumètre SI

Académiedessciences Bureaudeslongitudes

Bureauinternationaldespoidsetmesures

Keywords:

Decimalmetricsystem MetreConvention SIunits

Académiedessciences Bureaudeslongitudes

Bureauinternationaldespoidsetmesures

L’importanterévision du Système international d’unités(SI), quiest intervenuelors de la26e Conférencegénérale despoids etmesures(CGPM),en novembre2018, constitue l’aboutissementdeprèsde250annéesdedéveloppementdesidéesquantàlameilleure façondedéfinirunsystèmed’unitésdemesuresquisoitleplusétroitementliéàlanature.

Dansla premièrepartie, nous évoquons l’histoire des unitésayant aboutià lacréation dusystèmemétriquedécimalenFranceàlafinduXVIIIe siècle.Danslasecondepartie, nousdécrivons l’initiativedu gouvernement français ayant conduità lasignature de la Conventiondumètrele20mai1875,aveclamiseenplacedesélémentsprincipauxdevant permettrelacollaborationinternationale,d’oùrésultelarévisionduSIquiaétéadoptée ennovembre2018.

©2019PubliéparElsevierMassonSASaunomdeAcadémiedessciences.Cetarticleest publiéenOpenAccesssouslicenceCCBY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

a b s t ra c t

TheimportantrevisionoftheInternationalSystemofUnits(SI)thathastakenplaceatthe 26thGeneralConferenceonWeightsandMeasuresinNovember2018istheculmination ofsome250years ofdevelopmentofideasonhowbestto createasystemofunitsof measurementcloselylinkedtonature.Inpart1ofthisarticle,weoutlinetheearlyhistory ofunitsthatleduptothecreationofthedecimalmetricsysteminFranceattheendof the18thcentury.Inpart2,wedescribetheinitiativeoftheFrenchGovernmentthatled tothesigningoftheMetreConventionon20May1875,whichestablishedtheessential

*Auteurcorrespondant.

Adressee-mail :Suzanne.Debarbat@obspm.fr(S. Débarbat).

1 EmeritusDirectoroftheBureauinternationaldespoidsetmesures,92,rueBrancas,92310Sèvres,France.

https://doi.org/10.1016/j.crhy.2018.12.002

1631-0705/©2019PubliéparElsevierMassonSASaunomdeAcadémiedessciences.CetarticleestpubliéenOpenAccesssouslicenceCCBY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

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Cettecréation,commeavaitl’êtrecelledelaRoyalSocietydeLondresen1660,devaitbeaucoupauxréunionstenues, depuislepremierquartdu XVIIe siècle,enItaliepuisun peuplus tardenFrance.Certes,PierrePetitavaitréponduà l’appeldeLouisXIV,ainsiqu’ill’indiqueau débutde sonouvrageDissertationsurlanaturedescomètesparuen1665 ;mais l’adresseauroid’AdrienAuzout,pluscourteetplusdiplomatique, groupantlacréationd’uneCompagniedessciencesetdes artsetd’unObservatoire,s’étaitrévéléeefficace.

L’acted’achatduterrainpourétablirunlieuderéuniondestinéàl’Académiedatedu7mars1667 ;ilfaitsuiteàlare- quêtedelaconstructionde« quelquelieupourfaireàl’avenirtoutessortesd’observationscélestesetqu’elle[le]feragarnir de touslesinstrumentsnécessaires àcet effet ».Deuxdomainesvenaientde connaîtreun développementimportant.Aux Pays-Bas,Christiaan Huygensinnovait avecses horloges àpendule (1655–1656)pour lerepérage de l’instantdes phéno- mènes,cequil’avaitfaitsolliciterpourapparteniràcetteacadémiedèssonorigine.EnFrance,JeanPicardetAdrienAuzout avaientsuremplacer,surlessecteurs,alidades etpinnulespardeslunettesdeGaliléeet,quasisimultanément,leséquiper demicromètresàfil.

L’Observatoireroyal,dontlaposition,trèsendehorsdeParis, afindefaciliter lesobservationsastronomiques, voitson orientationnord–sud officiellementfixéele21juin1667parlesacadémiciens,sonaxedesymétrie étantétabliparobser- vationdupassageduSoleilàcequidevaitdevenirleméridienderéférencepourlaFrance.

Louis XIV et Colbert constatent que la carte de France existante nesuffit pas aux besoins d’un pays de la seconde moitiéduXVIIesiècle ;lesastronomesreçoiventordred’enréaliserunedemeilleurequalité.LesAcadémiciensvontdevoir s’exécuteret,sansattendrelafindelaconstructiondubâtiment,Picardleurprésenteunprojetdèsle31juillet1669.

Audébutdeseptembre1668,Auzoutareçu,dédicacéparGianDomenicoCassinideBologne,l’ensembledesprédictions d’éclipsesdesquatresatellitesdeJupiterdécouvertsparGaliléeetpourlesquelsila,avecsuccès,puétudierlesphénomènes observés depuisprèsd’un sièclepardifférentsobservateursd’Italieoudu Sudde laFrance.Demêmequeleséclipses de Lune, les phénomènesaffectant ces objetspermettent de déterminer l’unedesdeux coordonnées terrestresnécessaires à l’établissementdecartesterrestres,àsavoirlalongitude.L’autrecoordonnéeterrestre,lalatitude,pouvait,dansl’hémisphère nord,êtreobtenueparl’observationdel’Étoilepolaire.

Ainsisetrouvaientréunistouslesélémentsnécessairesàlacartographierequiseparleroi.Cequiexpliquelesdévelop- pementsquevontmenerlesastronomes,tantenastronomiequ’engéodésie,etenparticulierl’opérationdemesuredela TerrequePicardvaexécuteraprèsavoirconçulesinstrumentsnécessaires.D’unepart,ilobservelesazimutsdesanglesaux différentssommetsdelatriangulationqu’ilvaétabliren1669et1670entreSourdon,prèsd’AmiensetMalvoisine,prèsde LaFerté-Alais.Picardmetau point,poursesmesuresgéodésiques,unquart decercleàdeuxlunettes,qu’ilemploieégale- mentpourobtenirles différencesd’altitudede seslieuxd’observation.D’autre part,pourlapartieastronomique,ilutilise unsecteurd’environunetoisedelongetdontlelimbegraduéestdel’ordredevingtdegrés ;ainsi,ilpeuts’affranchirdela partieprincipaledelaréfractiondueàl’atmosphèreterrestre.Cetteopérationluipermetdefixerl’orientationduméridien del’Observatoireroyal,salongueurentreSourdonetMalvoisine,etdefaireconnaîtrelesdimensionsdelaTerre.

À cette occasion, Picard note que les unités de longueur ne sontpas uniformes d’une zone à une autre, tandis que lui-mêmeutilise,pour sesmesures,lamêmetoise de référence.En revanche,sonpendule,à laprécisionde sesmesures, oscilleavecunepériodeinvariable.Cesremarquesleconduisentàproposer,envued’uneunificationdesréférencespourles longueurs,celledupendulebattantlaseconde,conséquencelogiquedesesobservationssurunarcdeméridienaussicourt, d’autantque,lorsqu’ilpubliesonouvragefondamentalLaFiguredelaTerre en1671,IsaacNewtonn’apasencorepubliéses Principia.

1.2. LesiècledesLumièresetlaRévolutionfrançaise

L’expressionfrançaisesiècledesLumièresrecouvrelapartiedu XVIIIesiècleaucoursdelaquelle sontapparusdes« phi- losophes »,ainsiquel’ondésignaitalorstousceuxqui,scientifiquesoulittéraires,développaientdesidéesnovatricesayant mûripendantledernierquartdusiècleprécédent.

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Touslesdomainesdevaientsetrouveratteintset,notamment,ceuxquitouchentàlaviedechacunetdetouslesjours.

Danscesderniers,etpourledéveloppementdeséchanges,lespoidsetmesuresontunrôleàlafoisspécifiqueetdegrande généralité. L’Académiedessciencessemontreparticulièrement activepar ses membresrelevantde plusieursdisciplines ; l’onpeutenjugerparlasuitedesexpéditionsqu’ellesoumettraauxpouvoirsdumoment.

Voltaire, ardent défenseur de Newton, aura un rôle important de diffusion des idées nouvelles, avec le concours de MmeduChâteletetdeceuxquil’ontaidéeàsatraductiondesPrincipia;ilssaurontexploiterlesidéesissuesdelaloidela gravitation.Lesmissionslointainesvontsesuccédersousl’égidede l’Académiedessciences,auPéroudel’époque,denos joursl’Équateur,avecdéparten1735deLaCondamine,Bougueretd’autres.L’annéesuivante,1736,départpourlaLaponie avecMaupertuis,Clairault,LeMonnier. . .,denosjoursàlalimiteentrelaSuèdeetlaFinlande,auplusprèsdupôlenord.

Le retourde cettedernièreexpédition,en1737,confirmant l’aplatissementde laTerre,entraîneen1739/1740unevé- rificationde laMéridiennedeFrance.ContrairementauxconclusionsdesCassiniIetII, fondéessur desmesuresgroupant plusieurscampagnesindépendantes,avecdesobservateursetdesinstrumentsdifférents,cellespubliéesparCésar-François Cassini, Cassini III,confirmentles conclusions delacampagne de Laponie.Lesmesuresde 1739/1740 sont,eneffet,pour leur presquetotalité, issues desobservationsde Nicolas Lacaille,équipé lui aussi d’instrumentsnouveaux, vraisemblable- mentplusprécis,les« artistes » (àl’époqueles fabricantsd’instrumentsscientifiquesde précision)ayantmisenœuvredes techniquesnouvelles.L’expéditionduPérounepourrarentrerenFrancequ’en1744,etmêmeunpeuplustardpourcertains desesmembres ;elleconfirmel’aplatissementdelaTerre.

En novembre1747, Charles-MariedeLa Condamineprésenteàl’Académie dessciencesun Nouveauprojetd’unemesure invariablepropreàservirdemesurecommuneàtouteslesNations ;ilrappellequecettepropositionavaitêtresoumise« à la recherche du ministère » parun autre membrede l’Académie, CharlesFrançois deCisternay de Fay oudu Fay, décédéen 1739. LaCondamineétaitalorsauPérou,d’oùiln’estrentréqu’audébutde 1745et, danssondiscours« luàl’Assemblée publiquedu 24Avril 1748 »,il revientsur sapropositionde lamesuretiréedu penduleàseconde.La Condaminerappelle quelesexpéditionsdeCayenne,duPérou,deLaponie,ontapportédesconstatationsquil’ontamenéàfixersonchoixsurla longueurdupenduleàl’équateurterrestre,depréférenceaupendulebattantlasecondeàlalatitudede45.Ilsuffitalors, pourrétablircettedernièrelongueur,d’avoirdéterminéladifférenceàn’importequellelatitude.Quantaunomàdonnerà lanouvelleréférencedelongueur,ilproposeunqualificatiftelquephysique,horaire,astronomique,universel,etc.

Bientôt, Lacaille est envoyé dansl’hémisphère sud ; il demeureraun peuplus de deux annéesenAfrique du Sud, se rendant également à l’îlede France (îleMaurice) età l’île Bourbon(LaRéunion), s’arrêtantmême,au retour, sur l’île de l’Ascension. Parti en1750, il rentre en 1754, rapportant un catalogue de dix mille étoiles et des idées relatives à une éphéméridenautiquequiinspireralesBritanniquespourlacréationdeleurNauticalAlmanacen1767.

Tous cessavantsqui ontcontribuéauxmesures précédemmentdécritesn’ontpasmanquéderemarquerles complica- tions généréespar la diversitédesréférences ; La Condamine, qui remarque lui aussi, comme sesconfrères, l’importance d’uneunificationdesmesures,paraîtavoirétélepremieràreprendrel’idéedel’unificationdesunités.

Cependant,dès1746etdeplusieurscôtés,l’on s’inquiètedelavariationdecertainesmesuresavecletemps.ÀNantes, par exemple, desdifférencesapparaissentausujetde l’aune desmerciers,entraînantuneintervention rapportéedansles Mémoires de l’Académie dessciencessollicitée parle comteJean-Frédéric Phélypeauxde Maurepas.Unpeuplus tard, le 29 juillet1758,LaCondamineintervientàl’Académie.Puis,dansunelonguediscussion,ilexposefinalementses« Remarques sur la Toise-Étalondu Châtelet » sous-titrées « Et sur les diverses Toises employées aux mesures des Degrés terrestres&

à celledu Penduleà seconde ».Le textes’achèvesur les« Notessur ceMémoire » publiéesen1776, aprèssamort(1774), il est indiqué qu’il y eut opposition de la part de Jean-JacquesDortous de Mairan, mais que le 16 mai 1766le roi (LouisXV)avaitfaitunedéclarationparlaquelleMathieuTillet,del’Académiedessciences,étaitchargédefairereproduire unesoixantained’exemplairesdelaToisediteduPérou(conservée,encoreaujourd’hui,àl’Observatoire deParis),ainsique de l’aune deParisetdu poidsde marc« à envoyerauChâteletetauxProcureursdesdifférentsparlemens ».L’envoiavait égalementétéfaitenGuyane,enCorseetdansplusieursvillesd’Europe,l’originalétantconservéparl’Académie.

Lesproposdessavants,l’engagementdel’Académie,lesdifficultésrencontréesparlapopulationcontribuentàlaconvo- cation des États généraux au début de l’année 1789. À cette occasion parviennent à cette assemblée des cahiers de doléances, danslesquels entreautres chosesfigurentdesremarquesrelevantde l’unificationdesmesures.Parle mot mesures,à l’époque,cesontsurtoutleslongueursquisontconsidérées,ainsiquelespoids,tousobjetsd’usagecourantpour lapopulationduroyaume(LouisXVIestmontésurletrôneen1774).C’estdoncdésormaisl’expression« poidsetmesures » qui est employée.Lesespritssetrouvaientmûrsetc’est Charles-Maurice de Talleyrand-Périgord, évêqued’Autun, éludé- puté, qui présenteàl’Assemblée nationaleconstituante, le9mars1790, sousformeimprimée,le projetd’un systèmede poidsetmesuresdontl’étalonseraitlependulebattantlasecondeàParis.LediscoursdeTalleyrandcomprenddespassages quelquepeuenflammésquipourraientêtredelui.MaislespartiesplusscientifiquesseraientlefaitdeMarie-Jean-Antoine CaritatdeCondorcet,alorssecrétaireperpétueldel’Académiedessciences,oudeJoseph-Jérôme LefrançoisdeLalande,qui commençaitàêtrebienconnudansdifférentsmilieux.

Le 8mai1790, undécretrédigéetsoumisau roi,sanctionnéle22août1790, mentionne,notamment, leconcoursde l’Angleterre pour lafixation desunitésnaturelles demesure etde poids,larédaction d’ouvragesusuels etleurdiffusion.

Enoutre,ilestprévuque,sixmoisaprès,« lesanciennesmesuresseraientaboliesetremplacéesparlesnouvelles ».C’était aller bien viteenbesogne. . . Cependant,dès le27 octobre1790, une commission nommée par l’Académie dessciences, comprenantBorda,Lagrange,Lavoisier,TilletetCondorcet,présenteunrapportquiassujettitlamonnaieàl’échelledécimale.

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Fig. 1.PortraitsdeMéchainetDelambre.Chacunestreprésenté,danscesportraitscommandésparl’amiralMouchez,alorsdirecteurdel’Observatoirede Paris,pourenornerlarotondeouest.Yfigurentl’ouvrageBaseduSystèmemétriquedécimal;maingauchepourMéchain(daté1882/1883)etposésurla table,ouvertàsapagedetitre,pourDelambre(daté1879),unmètreenmain,unkilogrammeétantposésurlatable.©Bibliothèquedel’Observatoirede Paris.

Uneautrecommissiondel’Académie,composéedeBorda,Lagrange,Laplace,MongeetCondorcet,rapporte,le19mars1791, surlechoixd’uneunitédemesure:unefractiondel’équateurterrestreoudeméridien,lalongueurdupenduleàseconde.

Le 26 mars 1791, une lettre signée par Condorcet adresse les conclusions, assorties d’éléments sur les opérations à exécuter,àl’Assembléenationale.Talleyrandprésenteunprojetdedécret,sanctionnéparLouisXVIle30marssuivant.Les commissionsd’exécutionsontétablies :Triangulationetlatitudes(Cassini,Pierre-FrançoisMéchain,Adrien-MarieLegendre) ; Bases (GaspardMongeetJean-BaptisteMeusnier) ;Longueur dupendule(Jean-Charles de BordaetCharlesAugustinCou- lomb) ;Poidsdudécimètrecubed’eau(AntoineLavoisieretRenéHaüy) ;Comparaisondeces mesuresdeParisaveccelles deprovinces.Différentsmotifsmodifierontcescompositionset,également,latâchedesunset/oudesautres.

À lamise enplace effectivedes responsablesdes opérations, setrouvent finalement nommésJean-Baptiste Delambre etPierreMéchain [1] (Fig.1)pourlamesurede l’arcdeméridienjoignantDunkerqueàBarcelone,d’unniveau delamer à l’autre ; ils furentégalement chargésde lamesure desbases,tandis que BordaetLavoisier [2] étudiaient les règlesde Bordaàemployerpourcesdernièresmesures.Lamasseduvolumed’eau,confiéeàLavoisieretHaüy,futachevéeparLouis Lefèvre-GineauaprèsladisparitiondeLavoisier,guillotiné.Lescomparaisonsenvisagéesontétépratiquementabandonnées, tandisqueBordaetCassinis’employaientauxmesuresliéesaupendule.

Enmai1792, quatrecerclesrépétiteursavaientpuêtrefabriquéspar ÉtienneLenoirpour lesobservationsgéodésiques etastronomiques,ainsi quedivers instrumentspourlesautres opérations.Ainsi, pourleursmesures degéodésie astrono- miques,DelambreetMéchaindisposaientchacundedeuxcerclesditsdeBorda–Lenoir,dontlepremieravait tirél’idéedu cercleentierdeTobiasMayeretquelesecondavaiteu beaucoupdemalàréaliser ;maisceseraunbeausuccèspuisque, danslesannées1930, leServicegéographiquedel’armée(SGA)l’employaitencore.En1940,l’Institutgéographiquenatio- nal(IGN) aprisle relaisduSGA, cequi explique quel’on trouvedans sescollectionsnombre d’instrumentsde caractère géodésique.

1.3. Lesystèmemétriquedécimal

Tandis que les opérationsà réaliserà Parisse développaient etallaient bientôts’achever, leshommes de terrain,De- lambre, Méchain, et leurs collaborateurs, se préparaient pour leur opération de triangulation. La Méridienne de France, œuvredePicard,desCassini,desMaraldi,deLacailleetdetousleurscollègues,devaitêtreparcourueparl’un(Delambre)à partirdel’extrémiténord,tandisquel’autre(Méchain)devaitpartirdel’extrémitésud(Fig.2).

Cesdeux hommes,confrontésaux vicissitudesdes momentstroublés de l’époque,sesont trouvés auxprisesavec les habitants des localités parcourues pour mener les mesures depuisdes points élevés retenus pour leur triangulation. Les repères,parfoisentissublanc,évoquaient ledrapeauroyal,qui venaitd’êtremisà mal.Cependant, leurchoixconservait, chaquefoisque possible,etsurtout pourDelambreparti de Dunkerque,les sommetsdePicard, desCassini etdeLacaille, méridien déjà parcouru à deux reprises, mais seulement jusqu’auxPyrénées ; Méchain, encharge de lapartie sud, avait doncplusàfaire,d’autantqu’ilavaitàatteindreetfranchirlamontagne.

Lesacadémiciensavaient,finalement,retenuladix-millionièmepartieduquartduméridienterrestre ;parundécretdu 1eraoût1798, lepremierarticledécideque« lenouveausystèmedespoidsetmesures,fondésur lamesureduméridien delaTerre,etladivisiondécimale,servirauniquementdanstoutelaRépublique ».Entreautresdécisionsfigureégalement :

« Il serafait,par desartistes au choixde l’Académie dessciences, desétalonsdes nouveauxpoidsetmesures quiseront envoyés àtouteslesadministrationsdesdépartementsetdistricts. » L’unitédepoidssedéduiradumètre,puisque devant s’obtenirparundécimètrecubed’eauàlatempératuredelaglacefondante.

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