Sunday, November 13, 2016

La science des unités

Science  |  Jérémie Gaudet


Le kilogramme international, fabriqué en 1889, est conservé à Sèvres, près de Paris


Le newton, le farad, le coulomb, la mole, le mètre... Si vous êtes comme moi et que vous étudiez en sciences, vous côtoyez certainement de manière plus que régulière une panoplie d'unités qui peuvent vous sembler plus impersonnelles les unes que les autres. 

Si, au contraire, un Kelvin ou un ampère ne vous dit rien, vous croisez du moins de temps à autre, disons, des kilogrammes de boeuf haché à l'épicerie ou encore des litres de boissons gazeuses (ou alcoolisées, c'est selon). 

Dans les deux cas, toutefois, le constat à faire est le même: les unités, qu'on le veuille ou non, sont omniprésentes dans nos vies. Elles nous paraissent parfois sortir de nulle part, mais, pourtant, elles sont bien ancrées dans notre conception du monde; nul besoin d'une maitrise en physique pour reconnaitre la différence entre 25 et -30 degrés Celsius. 

Il est toutefois impératif de savoir que la science des unités n'est pas aussi banale qu'elle en a l'air, au contraire. Ces dernières sont régies par nul autre que le Bureau international des poids et mesures (BIPM), qui siège à Paris. Selon son site officiel, le BIPM « a pour mission d'assurer l'uniformité mondiale des mesures et leur traçabilité au Système international d'unités (SI). »

Le BIPM émet des recommandations et des règles presque sans fin sur l'usage des unités. Pour ne vous en nommer qu'une, dans le SI, les unités descendant de noms propres doivent être normalisées par des symboles commençant par une majuscule (tel que Pa pour un pascal, une unité de pression), alors que les autres prendront une minuscule (tel qu'un s pour une seconde). Il faut comprendre dans le contexte que le SI est adopté par tous les pays du monde, à quelques exceptions près. 

Une perte de temps, me direz-vous. Des gens payés pour rien, allez-vous renchérir. 

Toutefois, l'utilisation d'un système international a ses avantages. Le principal, selon moi, c'est qu'il permet d'exprimer toutes les échelles de grandeur d'une unité grâce à sa base 10. Par exemple, on peut mesurer des distances en kilomètres, qui sont facilement convertibles en mètres au moyen d'un facteur de 1000, qui est constant pour toutes les unités débutant par kilo

Impossible d'en faire autant avec l'ancien système en place, le système impérial. Pour connaitre le nombre de pieds dans une distance en miles, il vous faudra diviser par un facteur arbitraire de 5280, et vous devrez diviser votre volume en pintes par 16 pour connaitre sa mesure en onces. 

Le SI permet aussi à la communauté scientifique de mieux communiquer de manière inter-régionale. Par exemple, un chimiste néo-zélandais qui publie un article dans lequel il exprime des quantités en moles peut s'attendre à ce que son collègue qui vit en Autriche comprenne ses mesures. 

Il y a toutefois de petits domaines rebelles qui résistent à la métrification (soit la transition vers le SI).  Le système impérial demeure de choix et d'habitude dans plusieurs facettes du commerce au détail et de la construction dans notre charmante province. Rares sont ceux qui mesurent leur télévision en centimètres et qui préfèrent dire qu'ils pèsent 70 kilogrammes à 155 livres, et nombreux sont ceux qui préfèrent mesurer la température de l'eau de leur piscine en degrés Fahrenheit.

Tout cela peut sembler bien pratique, mais lorsque je regarde la liste officielle des unités reconnues par le SI, je me dis, et j'espère ne pas être le seul, « mais qui a décidé de tout cela ? »

Il est vrai, qu'à la base, certaines unités ont été dérivées de manière ridicule et sont, a priori, rejetées par le SI. Prenez par exemple le degré, qui divise un cercle en 360 parties égales. Dans ce contexte, le nombre 360 apparait comme étant tout sauf une valeur impartiale et utile. Alors pourquoi 360? 

La raison la plus probable est sans doute que les premiers à avoir fait cette division, soit les mathématiciens persans, sur une lancée du système de compte en base 60 des Babyloniens, se sont inspirés du fait que la Terre prend un peu plus de 365 jours pour compléter une révolution autour de son étoile, et que cette révolution correspond à la forme d'un cercle qui était symbolique du « cercle de la vie » pour nombre de mathématiciens asiatiques. Mais quelle absurdité. 

Dieu merci, le SI n'emploie pas le degré pour mesurer des angles, mais plutôt le radian, beaucoup plus commode pour le mathématicien, bien que qualifié de « ridiculement incompréhensible » par ma mère lorsque je tente de le lui vanter, ce que je ne ferai pas ici. 

Mais, tout de même, le SI comporte des unités qui ne semblent pas avoir beaucoup plus de fondements qu'une perception cyclique de la vie de nos ancêtres asiatiques. 

Par exemple, qui a approuvé, et pourquoi, le fait qu'une mole équivaille au nombre d'atomes dans 12 grammes de carbone 12 ou que le coulomb corresponde à la charge d'environ 6,2 x 1018 protons ? Ou encore, comment se fait-il qu'on utilise l'unité du kilogramme comme étant la masse d'un prototype d'un cylindre de verre conservé depuis 127 ans dans des cloches de verre ? Comment se fait-il que l'on utilise ce cylindre pour définir le kilogramme dans nos mesures de masse à l'échelle universelle ?

Lorsque je vois ces nombres et ces références, je ne cesse de vouloir y dénicher une explication ne serait-elle qu'à moitié rationnelle. Cependant, malgré des recherches sur les sites web officiels du SI et du BIPM, le tout s'avère infructueux. La seule réponse possible, en deux mots: des conventions. Tout simplement. 

Ces nombres n'ont été établis que par convention, pour fournir des points de repères dans des calculs scientifiques. Eh bien, je m'avoue ainsi vaincu; force est de constater que ce genre de conventions est plus que nécessaire pour pouvoir interpréter et quantifier scientifiquement le monde qui nous entoure. 

Tenter de trouver des explications compliquées et nécessairement logiques à des mesures qui n'en ont pas, c'est bien moi. 

Tout ça pour dire que, au final, peu importe si on utilise un pouce ou un centimètre ou si l'on accepte sans se questionner qu'une unité de masse peut être définie par un prototype dont n'importe qui aurait pu choisir la grandeur, les unités sont nécessaires dans notre monde, bien que souvent implicitement inexpliquées. 

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