SYSTÈME INTERNATIONAL D'UNITÉS (SI)

Un système cohérent et universellement reconnu

Lors de l’adoption du SI en 1960, le BIPM devient le garant de l’uniformité du système mondial de mesures. En France, un décret du 3 mai 1961 rend ce système légal.

Le SI est inscrit dans la législation de la quasi-totalité des pays du monde. En pratique, chaque État décide par voie législative des règles relatives à l’utilisation des unités du SI au niveau national. Aux États-Unis, par exemple, qui furent parmi les dix-sept premiers États à adhérer à la Convention du mètre, l’utilisation du système métrique est légale depuis 1866. Si les unités usuelles américaines sont utilisées dans la vie courante, elles sont toutes définies à partir des unités SI et toutes les mesures sont traçables au SI qui est inscrit dans la loi américaine. L’Organisation internationale de métrologie légale (OIML), créée en 1955, veille à l’harmonisation des spécifications techniques des législations.

Le SI est un système cohérent car les unités sont exprimées sans facteur numérique de conversion interne au SI. En effet, à partir des sept unités de base, combinées d'après les relations algébriques qui lient les grandeurs correspondantes, on définit toutes les unités dérivées comme des produits de puissances de ces unités de base.

Certaines d’entre elles ont reçu des noms spécifiques. Ainsi, la combinaison particulière des unités de base kg m² s^–2 est appelée joule (J) et exprime l'unité pour l’énergie sous toutes ses formes : le travail ou la quantité de chaleur.

Prenons maintenant l’exemple du watt (W). Cette unité dérivée, désignant la puissance ou le flux énergétique, correspond à 1 joule (soit 1 kg m² s^–2) par seconde : 1 W = 1 J/s = 1 kg m² s^–3.

Le SI n’est pas statique, il suit l’évolution de la science et des besoins de la société ou des utilisateurs. Ainsi plusieurs unités ont vu leur définition changer en fonction des progrès de la science. Le mètre, par exemple, a connu entre 1889 et 1983 trois définitions successives. La première relie, comme on l’a vu, l’unité à un objet, une barre de platine iridié conservée au pavillon de Breteuil à Sèvres (siège du BIPM). Mais, dès 1895, Albert Michelson (1852-1931), avec ses travaux sur l’interférométrie menés au BIPM, ouvre la voie à une nouvelle définitionquine prendra effet qu’en 1960 : le mètre est alors défini par la longueur d’onde d’une radiation émise par une lampe de krypton 86. Puis, en 1983, le mètre devient « la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde ». Cette nouvelle définition constitue la première étape vers la révision du SI de 2018. Pour la première fois, une unité est définie en fonction d’une constante fondamentale de la nature : ici, la vitesse de la lumière.

Avant 1960, la seconde est définie par la fraction 1/86 400 du jour solaire moyen. Elle est ainsi établie en faisant référence aux mouvements terrestres, le jour solaire moyen étant la durée que met la Terre pour effectuer une rotation complète sur elle-même. Une nouvelle définition permettantde gagner en précision est approuvée en 1960 : la seconde correspond à la fraction 1/31 556 925,9747 de l'année tropique (intervalle de temps qui sépare deux passages du Soleil au point vernal). Puis les avancées de la recherche, avecla mise au point des horloges atomiques dans les années 1950, aboutissent à l’adoption d’une nouvelle définition de la seconde, fondée cette fois sur la transition énergétique de l'atome de césium et correspondant à une fréquence micro-onde. Cette définition est adoptée par la 13^e réunion de la CGPM en 1967 : « La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de[...]