Célébrations nationales 1999 1999

 

Fixation de la longueur définitive du mètre
Loi du 19 frimaire an VIII (10 décembre 1799)

 

La période qui a suivi la Révolution française a été fertile en avancées scientifiques, notamment dans un domaine qui touche à la vie de tous les jours : le système des poids et mesures. Des tentatives avaient été menées de plusieurs côtés, particulièrement depuis la fin du XVIIe siècle ; aucune n'avait réussi à aboutir. Dans la foulée du bouleversement des idées d'après 1789, l'unification des poids et mesures, en France, va se décider avec l'espoir de voir le système adopté dans le monde entier. Les discussions menées en 1790, le choix d'un système décimal fondé sur une nouvelle unité (le mètre), les travaux commencés en 1792 aboutissent - malgré les difficultés rencontrées sur le terrain - aux décisions de l'an III (1795) ; elles utilisent des mesures de la Méridienne de France menées en 1740 avec le choix d'un "étalon provisoire". Nomenclature des poids, des mesures de longueur, des monnaies... se trouve ainsi déterminée dès 1795, en même temps que la longueur du "mètre provisoire" qui s'établit à 3 pieds 11.44 lignes de la "Toise du Pérou".

Pour aller plus loin et pour établir la longueur du "mètre définitif", il a été convenu que celui-ci serait déterminé à partir des mesures de meilleure précision que mènent sur le terrain, d'un niveau de la mer (Dunkerque) à un autre niveau de la mer (Barcelone), Delambre (1749-1822) et Méchain (1744-1804). Les travaux, en raison des événements de l'époque, sont souvent ralentis : si bien que Delambre et Méchain ne rentrent à Paris qu'en septembre 1798. Ils y rencontrent des experts internationaux tels les représentants du Danemark et de l'Espagne. Les calculs sont soigneusement repris et contrôlés par différentes équipes alors constituées. La longueur du mètre est définitivement fixée à 3 pieds 11.296 lignes de la "Toise du Pérou".

Le constructeur Lenoir, chargé du contrôle des étalons prototypes, peut les faire présenter au Conseil de Cinq-Cents et au Conseil des Anciens réunis à cette occasion, le 4 messidor an VII (22 juin 1799). L'enthousiasme est grand pour accueillir "ce que le génie avoit conçu et disposé au milieu des plus grands mouvements révolutionnaires...". Le "mètre définitif" sera officialisé par la loi du 19 frimaire an VIII (10 décembre 1799) sous la forme d'une référence à l'unité antérieure : il s'agit de la définition pratique de l'étalon à construire, fournie par les mesures fondées sur sa définition théorique, dix- millionième partie du quart du méridien terrestre.

Ainsi, dès cette époque, le mètre est représenté par une barre métallique, fraction de la "Toise du Pérou" (conservée dans les collections de l'Observatoire de Paris). Il s'agit de l'étalon de référence emporté par l'expédition organisée sous l'égide de l'Académie des Sciences pour se rendre, en 1735, le plus près possible de l'équateur terrestre. Une autre expédition du même type partira en 1736 pour la Laponie ; cette dernière rentrera rapidement (1737) et, de la comparaison de ses mesures d'un degré de méridien au voisinage du pôle nord avec celles de Picard - menées en 1669-70 de part et d'autre de l'Observatoire de Paris - sera tirée la conclusion de la validité de la loi de Newton. En 1744, puis en 1745, rentreront les protagonistes de l'expédition dans ce qui est maintenant l'Équateur, rapportant leur toise qui deviendra "Toise du Pérou", après avoir été "Toise de l'Académie". Leurs résultats confirmeront la validité de la loi de Newton, désormais indiscutable, et aux conséquences de laquelle vont travailler nombre de savants français dès le milieu du XVIIIe siècle, et tout particulièrement les mathématiciens d'Alembert (1717-1783) et Clairaut (1713-1765). Ils étudieront la forme de la Terre et aussi l'ensemble des phénomènes qui affectent ce corps en rotation (24 heures) que sa révolution (une année) entraîne autour du soleil.

Lorsqu'en 1798-99 il faudra déterminer, à partir des mesures au sol et des mesures astronomiques, la longueur du degré de méridien à prendre en compte pour fixer la longueur définitive du mètre, c'est une valeur de l'aplatissement déduite des mesures de l'expédition du "Pérou" et de celles de Delambre et de Méchain qui sera prise en compte. L'expédition en Équateur joue ainsi un double rôle dans la fixation de la longueur du mètre de 1799 : toise utilisée sur le terrain, mesures du degré de méridien combinées à celles de la méridienne de France. Les différentes réalisations du mètre qui suivront s'appuieront sur les développements scientifiques du moment, en sorte que toutes les sciences puissent en bénéficier. Il est à noter que les avancées dans le domaine de la physique sont indissociables des progrès de la définition des unités ; c'est ainsi que ce sont les mesures de longueur d'onde qui ont imposé les récentes redéfinitions de la longueur du mètre. Quant au kilogramme, il a été, dès l'origine, défini à partir du mètre puisqu'établi, sous certaines conditions, à partir d'un décimètre cube d'eau, soit la contenance d'un cube d'un dixième de mètre de côté. Sa réalisation matérielle est demeurée inchangée depuis cette époque, mais l'emploi de son étalon gagne en précision en fonction des recherches menées sur le sujet de la masse et du poids.

Le mètre de 1999 n'est plus constitué d'une barre métallique comme au temps des révolutionnaires. Il a traversé différentes étapes et acquis un caractère international avec la "Convention du mètre" de 1875 et l'installation du Bureau international des poids et mesures au Pavillon de Breteuil à Sèvres l'année suivante. Le "mètre des Archives" ainsi que le "kilogramme des Archives", étalons français du mètre et du kilogramme (indépendant du mètre après sa réalisation première) et devenus prototypes internationaux, y seront transportés en grande pompe. En 1960, la longueur du mètre est fixée à partir d'une radiation de la raie du krypton 86, au moment même où le système d'unités sur lequel il est fondé devient le Système International d'unités (le SI), universellement adopté dans le monde.

En 1983, sa réalisation est liée à la seconde : "le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde". Il s'agit, évidemment, de la seconde d'heure ; la longueur du mètre est liée à la vitesse de la lumière dont la valeur mesurée expérimentalement était, avant 1983, de 299 792 458 mètres par seconde avec une incertitude de 1.2 mètre par seconde. Depuis 1983, et la nouvelle définition du mètre, la valeur indiquée ci-dessus pour la vitesse de la lumière est considérée comme une constante, donc avec une incertitude nulle.

La seconde d'heure est définie, depuis 1967, à partir d'une transition atomique du césium ; les meilleures réalisations sont effectuées par des étalons de laboratoire. L'Observatoire de Paris dispose, depuis quelques années, de l'étalon le plus performant dans le monde ; il s'agit d'une fontaine atomique qui réalise la seconde à 2.10-15 près. Par ailleurs, les physiciens travaillant au laboratoire de métrologie de l'Observatoire de Paris ont développé des générateurs de signaux dans le domaine optique (des lasers) qui sont des réalisations particulières et indirectes de la définition du mètre. Ces travaux sont effectués en coopération avec le Conservatoire national des arts et métiers, sous l'égide du Bureau national de métrologie. On est ainsi capable de réaliser la définition du mètre, dans le domaine optique, à quelque 10-19 près. On pense que dans un futur proche, il y aura un étalon unique pour la seconde et pour le mètre.

Il est important de signaler que chaque nouvelle réalisation du mètre demeure compatible dans ses limites d'incertitude avec la précédente. La réalisation actuelle du mètre demeure cohérente avec celle des origines, 1799.

Suzanne Débarbat
astronome de l'Observatoire de Paris

 


Vue partielle de la chaîne de synthèse de fréquences fonctionnant au BNM / LPTF
de l’Observatoire de Paris,et assurant la liaison entre
les réalisations de la seconde et du mètre
© Observatoire de Paris, BNM / LPTF

 

 

Références et indications bibliographiques
- W. KULA, Les Mesures et les hommes, Paris, Éd. de la Maison des sciences de l'homme, 1984.
- A.-M. MOTAIS DE NARBONNE et J. ALEXANDRE, Une mesure révolutionnaire : le mètre,
Paris, Observatoire de Paris, 1988.

>>> Programme des manifestations

Bicentenaire de la fixation de la longueur définitive du mètre
Loi du 19 frimaire au VIII ( 10 décembre 1799)

Île-de-France
Paris
À partir du 1er septembre :
" Du mètre à la seconde ". À l'Observatoire de Paris, dans le bâtiment Perrault, présentation d'une exposition et d'un cycle de conférences ayant trait au mètre de 1799, mais aussi aux recherches récentes.
Rens.: Observatoire de Paris, 51, avenue de l'Observatoire - 75014 Paris - tél.: 01 40 51 21 94.

Picardie
Laon (01)
2000
Présentation au musée d'une exposition consacrée à l'astronome et géodésien Pierre Méchain (1744-1804), né à Laon, qui, de 1792 à 1799, avec Delambre, mesura l'arc de méridien compris entre Dunkerque et Barcelone (Méridienne de Paris) pour déterminer l'étalon du mètre. Cette exposition sera présentée à l'occasion des manifestations qui marqueront la réalisation, en 2000, de la "Méridienne Verte".
Rens.: Musée de Laon - tél.: 03 23 20 19 87.

Sommaire