Unités de base du système international

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Les sept unités de base du système international sont les « unités indépendantes » (ou « unités fondamentales ») à partir desquelles sont obtenues par analyse dimensionnelle toutes les autres unités, dites « unités dérivées ».

Ces unités sont supposées indépendantes dans la mesure où elles permettent de mesurer des grandeurs physiques indépendantes. Cependant la définition d'une unité peut faire appel à d'autres unités (cf. infra).

Définitions[modifier | modifier le code]

Les définitions des unités de base du système international utilisent des phénomènes physiques reproductibles.

Seul le kilogramme est encore défini par rapport à un objet matériel susceptible de s'altérer.

Des recherches ont donc lieu pour remplacer cette définition par une autre, utilisant cette fois un phénomène physique. À l'issue de ces recherches, le kilogramme pourrait perdre son statut d'unité de base au profit d'une autre unité : c'est en effet seul le nombre d'unités fondamentales qui est imposé, puisqu'elles doivent permettre, par combinaison, de mesurer toute grandeur physique connue sans définition redondante, mais le choix précis des unités fondamentales comme les unités de masse, longueur, temps, courant électrique, température, intensité lumineuse et quantité de matière est purement arbitraire.

Tableau des grandeurs physiques de base du SI avec leurs dimensions, unités et symboles
Grandeur physique Symbole usuel Symbole de la dimension Nom
de
l'unité
Symbole
de
l'unité
Description
longueur L L mètre m

Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde[1].

Historiquement, la première définition officielle et pratique du mètre (1791) était basée sur la circonférence de la terre, et valait 1/20 000 000 d'un méridien géographique[2].

Auparavant, le mètre en tant que proposition d'unité décimale de mesure universelle était défini comme la longueur d'un pendule qui oscille avec une demi-période d'une seconde[3],[4].

masse m M kilogramme kg

Le kilogramme (au départ nommé le grave[5]) est la masse du prototype international du kilogramme. Ce dernier, composé d'un alliage de platine et d'iridium (90 %/10 %), est conservé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres, en France[6].

Historiquement, la définition du kilogramme était la masse d'un décimètre cube d'eau (dm3), soit un litre d'eau.
(Le gramme était initialement défini comme la masse d’un centimètre cube d’eau à la température de °C, qui correspond à un maximum de masse volumique.)

temps (durée) t T seconde s

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 césium 133 à la température du zéro absolu[7].

La seconde était à l'origine basée sur la durée du jour terrestre, divisé en 24 heures de 60 minutes, chacune d'entre elles durant 60 secondes (soit 86 400 secondes pour une journée).

courant électrique I I ampère A

L'ampère est l'intensité d'un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de un mètre l'un de l'autre dans le vide produirait entre ces conducteurs une force égale à 2×10-7 newton par mètre de longueur[8].

température thermodynamique T Θ (thêta) kelvin K Le kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau[9].
quantité de matière n N mole mol

La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12[10].

Ce nombre d'entités élémentaires est appelé nombre d'Avogadro.

Lorsque l'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules.

intensité lumineuse IV J candela cd

La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540×1012 s-1 (hertz) et dont l'intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian[11].

Historique[modifier | modifier le code]

Historiquement, les unités fondamentales étaient basées sur des phénomènes naturels (fraction du jour solaire terrestre moyen pour la seconde, oscillation d'un pendule, puis dix-millionième partie de la moitié de méridien terrestre pour le mètreetc.).

Néanmoins, ces mesures n’étaient pas facilement transportables ou reproductibles et plus récemment il a été clair qu'elles n’étaient pas définies de manière suffisamment précise.

De ce fait, de manière pratique, certaines unités fondamentales utilisent d'autres définition, parfois via des unités dérivées (la définition de la seconde utilise par exemple celle du kelvin).

Les unités fondamentales ne sont donc plus stricto sensu indépendantes les unes des autres, mais ce sont les grandeurs physiques qu'elles permettent de mesurer qui le sont.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. 17e Conférence Générale des Poids et Mesures (1983), Résolution 1, sur le site bipm.org.
  2. En géographie, un méridien est un demi-grand cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre reliant les pôles géographiques.
  3. (en) John Wilkins, An Essay Towards a Real Character and a Philosophical Language, Part II, Chap. VII, 'Of Measure', 1668[lire en ligne].
  4. (it) Tito Livio Burattini, Misura Universale, 1675.
  5. Le nom « kilogramme » : une fantaisie de l'histoire sur le site du Bureau international des poids et mesures, sur le site bipm.org.
  6. 1re Conférence Générale des Poids et Mesures (1889), sur le site bipm.org.
  7. 13e Conférence Générale des Poids et Mesures (1967-1968), Résolution 1, sur le site bipm.org.
  8. Comité International des Poids et Mesures, 1946, sur le site bipm.org.
  9. 13e Conférence Générale des Poids et Mesures (1967), Résolution 4, sur le site bipm.org.
  10. 14e Conférence Générale des Poids et Mesures (1971), Résolution 3, sur le site bipm.org.
  11. 16e Conférence Générale des Poids et Mesures (1979), Résolution 3, sur le site bipm.org.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]