Système international d'unités

Pays utilisant les systèmes coutumiers métrique (SI), impérial et américain à partir de 2019.

Le système international d'unités, ou SI, ^{[2] : 123} est un système d'unités décimal ^[d] et métrique ^[e] établi en 1960 et périodiquement mis à jour depuis lors. L'IS a un statut officiel dans la plupart des pays, ^[f] y compris les États-Unis , ^{[h] le} Canada et le Royaume-Uni , bien que ces trois pays fassent partie d'une poignée de nations qui, à des degrés divers, continuent également d'utiliser leurs coutumes. systèmes. Néanmoins, avec ce niveau d'acceptation presque universel, le système SI "a été utilisé dans le monde entier comme le système d'unités préféré, le langage de base pour la science, la technologie, l'industrie et le commerce". ^{[2] : 123}

Les seuls autres types de système de mesure qui sont encore largement utilisés dans le monde sont les systèmes de mesure coutumiers impérial et américain , et ils sont juridiquement définis en termes de système SI . ^[i] Il existe d'autres systèmes de mesure moins répandus qui sont parfois utilisés dans certaines régions du monde. En outre, il existe de nombreuses unités individuelles non SI qui n'appartiennent à aucun système global d'unités, mais qui sont néanmoins encore régulièrement utilisées dans des domaines et des régions particuliers. Ces deux catégories d'unités sont également généralement définies légalement en termes d'unités SI. ^[j]

Organe de contrôle

Le SI a été créé et est maintenu par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM ^[k] ). ^[4] En pratique, la CGPM suit les recommandations du Comité Consultatif des Unités (CCU), véritable instance de délibération technique concernant les nouveaux développements scientifiques et technologiques liés à la définition des unités et du SI. Le CCU rend compte au Comité international des poids et mesures (CIPM ^[l] ), qui, à son tour, rend compte à la CGPM. Voir ci - dessous pour plus de détails.

Toutes les décisions et recommandations concernant les unités sont rassemblées dans une brochure intitulée Le Système international d'unités (SI) ^[m] , publiée par le Bureau international des poids et mesures (BIPM ^[n] ) et périodiquement mise à jour.

Aperçu des unités

Unités de base SI

Le SI sélectionne sept unités pour servir d' unités de base , correspondant à sept quantités physiques de base. ^{[o] [p]} Ce sont les secondes , avec le symbole s , qui est l'unité SI de la quantité physique de temps ; le mètre , symbole m , l' unité SI de longueur ; kilogramme ( kg , l'unité de masse ); ampère ( A , courant électrique ); kelvin ( K , température thermodynamique ); mole ( mol , quantité de substance ); et candela ( cd , intensité lumineuse ). ^[2] Toutes les unités du SI peuvent être exprimées en termes d'unités de base, et les unités de base servent d'ensemble préféré pour exprimer ou analyser les relations entre les unités.

Unités dérivées du SI

Le système permet un nombre illimité d'unités supplémentaires, appelées unités dérivées , qui peuvent toujours être représentées comme des produits de puissances des unités de base, éventuellement avec un multiplicateur numérique non trivial. Lorsque ce multiplicateur est égal à un, l'unité est appelée unité dérivée cohérente . ^[q] La base et les unités dérivées cohérentes du SI forment ensemble un système cohérent d'unités ( l'ensemble des unités cohérentes du SI ). ^[r] Vingt-deux unités dérivées cohérentes ont été dotées de noms et de symboles spéciaux. ^[s] Les sept unités de base et les 22 unités dérivées avec des noms et symboles spéciaux peuvent être utilisées en combinaison pour exprimer d'autres unités dérivées, ^[t] qui sont adoptées pour faciliter la mesure de diverses quantités.

Avant les définitions adoptées en 2018, le SI était défini à travers sept unités de base à partir desquelles les unités dérivées étaient construites en tant que produits des puissances des unités de base. Définir le SI en fixant les valeurs numériques de sept constantes de définition a pour effet que cette distinction n'est, en principe, pas nécessaire, puisque toutes les unités, de base ainsi que les unités dérivées, peuvent être construites directement à partir des constantes de définition. Néanmoins, le concept d'unités de base et dérivées est maintenu car utile et historiquement bien établi. ^[6]

Préfixes métriques SI et nature décimale du système SI

Comme tous les systèmes métriques, le SI utilise des préfixes métriques pour construire systématiquement, pour la même quantité physique, un ensemble d'unités qui sont des multiples décimaux les unes des autres sur une large plage.

Par exemple, alors que l'unité de longueur cohérente est le mètre, ^[u] le SI fournit une gamme complète d'unités de longueur plus petites et plus grandes, dont chacune peut être plus pratique pour une application donnée - par exemple, les distances de conduite sont normalement données en kilomètres (symbole km ) plutôt qu'en mètres. Ici, le préfixe métrique « kilo- » (symbole « k ») représente un facteur de 1000 ; Donc,1km =1000 mètres . ^[v]

La version actuelle du SI fournit vingt préfixes métriques qui signifient des puissances décimales allant de 10 ^-24 à 10 ²⁴ . ^{[2] : 143-4 A} part les préfixes pour 1/100, 1/10, 10 et 100, tous les autres sont des puissances de 1000.

En général, étant donné toute unité cohérente avec un nom et un symbole séparés, ^[w] on forme une nouvelle unité en ajoutant simplement un préfixe métrique approprié au nom de l'unité cohérente (et un symbole de préfixe correspondant au symbole de l'unité). Puisque le préfixe métrique signifie une puissance particulière de dix, la nouvelle unité est toujours une puissance de dix multiple ou sous-multiple de l'unité cohérente. Ainsi, la conversion entre les unités au sein du SI se fait toujours par une puissance de dix ; c'est pourquoi le système SI (et plus généralement les systèmes métriques) sont appelés systèmes décimaux d'unités de mesure . ^{[7] [x]}

Le groupement formé par un symbole préfixe attaché à un symbole unitaire (par exemple ' km ', ' cm ') constitue un nouveau symbole unitaire indissociable. Ce nouveau symbole peut être élevé à une puissance positive ou négative et peut être combiné avec d'autres symboles unitaires pour former des symboles unitaires composés. ^{[2] : 143} Par exemple, g/cm ³ est une unité SI de densité , où cm ³ doit être interprété comme ( cm ) ³ .

Unités SI cohérentes et non cohérentes

Lorsque des préfixes sont utilisés avec les unités SI cohérentes, les unités résultantes ne sont plus cohérentes, car le préfixe introduit un facteur numérique autre qu'un. ^{[2] : 137} La seule exception est le kilogramme, la seule unité SI cohérente dont le nom et le symbole, pour des raisons historiques, comportent un préfixe. ^[y]

L'ensemble complet d'unités SI comprend à la fois l'ensemble cohérent et les multiples et sous-multiples d'unités cohérentes formés en utilisant les préfixes SI. ^{[2] : 138} Par exemple, le mètre, le kilomètre, le centimètre, le nanomètre, etc. sont tous des unités SI de longueur, bien que seul le mètre soit une unité SI cohérente . Une déclaration similaire vaut pour les unités dérivées : par exemple, kg/m ³ , g/dm ³ , g/cm ³ , Pg / km ³ , etc. sont toutes des unités SI de densité, mais parmi celles-ci, seul le kg/m ³ est une unité SI cohérente .

De plus, le mètre est la seule unité SI cohérente de longueur. Chaque quantité physique a exactement une unité SI cohérente, bien que cette unité puisse être exprimée sous différentes formes en utilisant certains des noms et symboles spéciaux. ^{[2] : 140} Par exemple, l'unité SI cohérente de quantité de mouvement linéaire peut être écrite soit en kg⋅m/s soit en N⋅s , et les deux formes sont utilisées (par exemple comparer respectivement ici ^{[8] : 205} et ici ^{[ 9] : 135} ).

D'autre part, plusieurs quantités différentes peuvent partager la même unité SI cohérente. Par exemple, le joule par kelvin est l'unité SI cohérente pour deux quantités distinctes : la capacité calorifique et l' entropie . De plus, une même unité SI cohérente peut être une unité de base dans un contexte, mais une unité dérivée cohérente dans un autre. Par exemple, l'ampère est l'unité SI cohérente pour le courant électrique et la force magnétomotrice , mais c'est une unité de base dans le premier cas et une unité dérivée dans le second. ^{[2] : 140 [aa]}

Unités non-SI autorisées

Il existe un groupe spécial d'unités appelées "unités non-SI qui sont acceptées pour une utilisation avec le SI". ^{[2] : 145} Voir les unités non-SI mentionnées dans le SI pour une liste complète. La plupart d'entre eux, pour être convertis dans l'unité SI correspondante, nécessitent des facteurs de conversion qui ne sont pas des puissances de dix. Quelques exemples courants de telles unités sont les unités de temps usuelles, à savoir la minute (facteur de conversion de 60 s/min, puisque 1 min =60 s ), l'heure (3600 s ), et le jour (86 400 s ); le degré (pour mesurer les angles plans,1° =π/180 rad ); et l' électronvolt (une unité d'énergie,1 eV =1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J ).

Nouvelles unités

Le SI se veut un système évolutif ; les unités ^[ab] et les préfixes sont créés et les définitions des unités sont modifiées par le biais d'un accord international à mesure que la technologie de mesure progresse et que la précision des mesures s'améliore.

Définir les grandeurs des unités

Depuis 2019, les grandeurs de toutes les unités SI sont définies de manière abstraite, conceptuellement séparée de toute réalisation pratique de celles-ci. ^{[2] : 126 [ac]} À savoir, les unités SI sont définies en déclarant que sept constantes définissantes ^{[2] : 125–9} ont certaines valeurs numériques exactes lorsqu'elles sont exprimées en termes de leurs unités SI. La plus connue de ces constantes est probablement la vitesse de la lumière dans le vide, c , qui dans le SI a par définition la valeur exacte de c =299 792 458  m/s . Les six autres constantes sont${\displaystyle \Delta \nu _{\text{Cs}}}$, la fréquence de transition hyperfine du césium ; h , la constante de Planck ; e , la charge élémentaire ; k , la constante de Boltzmann ; N _A , la constante d'Avogadro ; et K _cd , l' efficacité lumineuse du rayonnement monochromatique de fréquence540 × 10 ¹²  Hz . ^[ad] La nature des constantes de définition va des constantes fondamentales de la nature telles que c à la constante purement technique K _cd . ^{[2] : 128-9} Avant 2019, h , e , k et N _A n'étaient pas définis a priori mais étaient plutôt des quantités mesurées très précisément. En 2019, leurs valeurs ont été fixées par définition à leurs meilleures estimations de l'époque, assurant une continuité avec les définitions précédentes des unités de base.

En ce qui concerne les réalisations, ce que l' on croit être les meilleures réalisations pratiques des unités actuelles sont décrites dans la soi-disant « mises en pratique » , ^[ae] qui sont également publiés par le BIPM. ^[12] Le caractère abstrait des définitions des unités est ce qui permet d'améliorer et de modifier les mises en pratique au fur et à mesure de l'évolution de la science et de la technologie sans avoir à modifier les définitions elles-mêmes. ^[ah]

Dans un sens, cette façon de définir les unités SI n'est pas plus abstraite que la façon dont les unités dérivées sont traditionnellement définies en termes d'unités de base. Considérons une unité dérivée particulière, par exemple, le joule, l'unité d'énergie. Sa définition en termes d'unités de base est kg ⋅ m ² / s ² . Même si les réalisations pratiques du mètre, du kilogramme et de la seconde sont disponibles, une réalisation pratique du joule nécessiterait une sorte de référence à la définition physique sous-jacente du travail ou de l'énergie - une procédure physique réelle pour réaliser l'énergie en quantité de un joule de sorte qu'il puisse être comparé à d'autres instances d'énergie (comme le contenu énergétique de l'essence mise dans une voiture ou de l'électricité livrée à un ménage).

La situation avec les constantes de définition et toutes les unités SI est analogue. En fait, purement mathématiquement parlant, les unités SI sont définies comme si nous déclarions que ce sont les unités de la constante de définition qui sont maintenant les unités de base, toutes les autres unités SI étant des unités dérivées. Pour rendre cela plus clair, notez d'abord que chaque constante de définition peut être considérée comme déterminant l'amplitude de l'unité de mesure de cette constante de définition ; ^{[2] : 128} par exemple, la définition de c définit l'unité m/s comme1 m/s = c/299 792 458 ('la vitesse d'un mètre par seconde est égale à un 299 792 458 ème de la vitesse de la lumière"). De cette façon, les constantes de définition définissent directement les sept unités suivantes : le hertz ( Hz ), une unité de la quantité physique de fréquence (notez que des problèmes peuvent survenir lorsqu'il s'agit de la fréquence ou de la constante de Planck car les unités de mesure angulaire (cycle ou radian) sont omis dans SI. ^{[13] [14] [15] [16] [17]} ); le mètre par seconde ( m/s ), une unité de vitesse ; joule-seconde ( J⋅s ), une unité d' action ; coulomb ( C ), une unité de charge électrique ; joule par kelvin ( J/K ), une unité d' entropie et de capacité calorifique ; la mole inverse ( mol ^-1 ), unité d'une constante de conversion entre la quantité de matière et le nombre d'entités élémentaires (atomes, molécules, etc.) ; et lumen par watt ( lm/W ), une unité de constante de conversion entre la puissance physique transportée par le rayonnement électromagnétique et la capacité intrinsèque de ce même rayonnement à produire une perception visuelle de la luminosité chez les humains. De plus, on peut montrer, en utilisant l'analyse dimensionnelle , que chaque unité SI cohérente (qu'elle soit de base ou dérivée) peut être écrite comme un produit unique des puissances des unités des constantes définissant le SI (en analogie complète avec le fait que chaque SI dérivé cohérent peut être écrite comme un produit unique des puissances des unités SI de base). Par exemple, le kilogramme peut s'écrire kg = ( Hz )( J⋅s )/( m/s ) ² . ^[ai] Ainsi, le kilogramme est défini en fonction des trois constantes de définition Δ ν _Cs , c , et h car, d'une part, ces trois constantes de définition définissent respectivement les unités Hz , m/s et J⋅s , ^[aj] tandis que, d'autre part, le kilogramme peut être écrit en fonction de ces trois unités, à savoir, kg = ( Hz )( J⋅s )/( m/s ) ² . ^[ak] Certes, la question de savoir comment réaliser réellement le kilogramme en pratique serait, à ce stade, toujours ouverte, mais ce n'est pas vraiment différent du fait que la question de savoir comment réaliser réellement le joule en pratique est toujours en suspens. principe ouvert même une fois que l'on a atteint les réalisations pratiques du mètre, du kilogramme et de la seconde.

Une conséquence de la redéfinition du SI est que la distinction entre les unités de base et les unités dérivées n'est en principe pas nécessaire, puisque toute unité peut être construite directement à partir des sept constantes de définition. Néanmoins, la distinction est conservée car « elle est utile et historiquement bien établie », et aussi parce que la série de normes ISO/IEC 80000 ^[al] spécifie des quantités de base et dérivées qui ont nécessairement les unités SI correspondantes. ^{[2] : 129}

Spécification des constantes fondamentales par rapport aux autres méthodes de définition

La façon actuelle de définir le système SI est le résultat d'un mouvement de plusieurs décennies vers une formulation de plus en plus abstraite et idéalisée dans laquelle les réalisations des unités sont conceptuellement séparées des définitions. ^{[2] : 126}

Le grand avantage de procéder ainsi est qu'à mesure que la science et les technologies se développent, des réalisations nouvelles et supérieures peuvent être introduites sans qu'il soit nécessaire de redéfinir les unités. ^{[af] Les} unités peuvent désormais être réalisées avec « une précision qui n'est finalement limitée que par la structure quantique de la nature et nos capacités techniques, mais pas par les définitions elles-mêmes. ^[ag] Toute équation de physique valide reliant les constantes de définition à une unité peut être utilisée pour réaliser l'unité, créant ainsi des opportunités d'innovation... avec une précision croissante à mesure que la technologie progresse.' ^{[2] : 122} En pratique, les comités consultatifs du CIPM fournissent des « mises en pratique » (techniques pratiques), ^[12] qui sont les descriptions de ce que l'on considère actuellement comme les meilleures réalisations expérimentales des unités. ^[20]

Ce système manque de la simplicité conceptuelle de l'utilisation d'artefacts (appelés prototypes ) en tant que réalisations d'unités pour définir ces unités : avec les prototypes, la définition et la réalisation sont une seule et même chose. ^[am] Cependant, l'utilisation d'artefacts présente deux inconvénients majeurs qui, dès qu'elle est techniquement et scientifiquement faisable, conduisent à les abandonner comme moyen de définition d'unités. ^[aq] Un inconvénient majeur est que les artefacts peuvent être perdus, endommagés, ^[as] ou modifiés. ^[at] L'autre est qu'ils ne peuvent largement pas bénéficier des progrès de la science et de la technologie. Le dernier artefact utilisé par le SI était l' International Prototype Kilogram (IPK), un cylindre particulier de platine-iridium ; de 1889 à 2019, le kilogramme était par définition égal à la masse de l'IPK. Les inquiétudes concernant sa stabilité d'une part, et les progrès dans les mesures précises de la constante de Planck et de la constante d'Avogadro d' autre part, ont conduit à une révision de la définition des unités de base , entrée en vigueur le 20 mai 2019. ^[27] Cette a été le plus grand changement dans le système SI depuis qu'il a été formellement défini et établi en 1960, et il a abouti aux définitions décrites ci-dessus. ^[28]

Dans le passé, il y avait aussi diverses autres approches pour les définitions de certaines des unités SI. On s'est servi d'un état physique spécifique d'une substance spécifique (le point triple de l'eau , qui a été utilisé dans la définition du kelvin ^{[29] : 113-4} ) ; d'autres se référaient à des prescriptions expérimentales idéalisées ^{[2] : 125} (comme dans le cas de l' ancienne définition SI de l'ampère ^{[29] : 113} et de l'ancienne définition SI (promulguée à l'origine en 1979) de la candela ^{[29] : 115} ).

À l'avenir, l'ensemble des constantes de définition utilisées par le SI peut être modifié à mesure que des constantes plus stables sont trouvées, ou s'il s'avère que d'autres constantes peuvent être mesurées plus précisément. ^[au]

Histoire

La motivation initiale pour le développement du SI était la diversité des unités qui avaient surgi dans les systèmes centimètre-gramme-seconde (CGS) (en particulier l'incohérence entre les systèmes d' unités électrostatiques et les unités électromagnétiques ) et le manque de coordination entre le diverses disciplines qui les utilisaient. La Conférence générale des poids et mesures (français: Conférence générale des poids et mesures - Conférence générale), qui a été créé par la Convention du Mètre de 1875, a réuni de nombreuses organisations internationales pour établir les définitions et les normes d'un nouveau système et d'uniformiser les règles pour écrire et présenter des mesures.

Adopté en 1889, l'utilisation du système d'unités MKS a succédé au système d'unités centimètre-gramme-seconde (CGS) dans le commerce et l' ingénierie . Le système du mètre et du kilogramme a servi de base au développement du Système international d'unités (en abrégé SI), qui sert maintenant de norme internationale. Pour cette raison, les normes du système CGS ont été progressivement remplacées par des normes métriques incorporées à partir du système MKS. ^[30]

En 1901, Giovanni Giorgi proposé au Associazione italiana Elettrotecnica  [ il ] (AEI) que ce système, étendu avec une quatrième unité à prélever sur les unités de l' électromagnétisme , être utilisé comme système international. ^[31] Ce système a été fortement promu par l'ingénieur électricien George A. Campbell . ^[32]

Le système international a été publié en 1960, basé sur les unités MKS, à la suite d'une initiative qui a commencé en 1948.

L'IS est réglementée et continuellement développée par trois organisations internationales qui ont été établies en 1875 en vertu de la Convention du Mètre . Il s'agit de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM ^[k] ), du Comité international des poids et mesures (CIPM ^[l] ) et du Bureau international des poids et mesures (BIPM ^[n] ). L'autorité ultime appartient à la CGPM, qui est un organe plénier à travers lequel ses États membres ^[aw] agissent ensemble sur les questions liées à la science de la mesure et aux normes de mesure ; il se réunit généralement tous les quatre ans. ^[33] La CGPM élit le CIPM, qui est un comité de 18 personnes d'éminents scientifiques. Le CIPM fonctionne sur la base des avis d'un certain nombre de ses comités consultatifs, qui rassemblent des experts mondiaux dans leurs domaines spécifiques en tant que conseillers sur des questions scientifiques et techniques. ^{[34] [ax]} L'un de ces comités est le Comité consultatif d'unités (CCU), qui est responsable des questions liées au développement du Système international d'unités (SI), de la préparation des éditions successives de la brochure du SI et des conseils au CIPM sur les questions relatives aux unités de mesure. ^[35] C'est le CCU qui examine en détail tous les nouveaux développements scientifiques et technologiques liés à la définition des unités et du SI. En pratique, lorsqu'il s'agit de définir le SI, la CGPM se contente d'approuver formellement les recommandations du CIPM qui, à son tour, suit l'avis du CCU.

Le CCU comprend comme membres : ^{[36] [37]} les laboratoires nationaux des États membres de la CGPM chargés d'établir les étalons nationaux ; ^[ay] les organisations intergouvernementales et les organismes internationaux pertinents ; ^[az] commissions ou comités internationaux; ^[ba] unions scientifiques; ^[bb] membres personnels ; ^[bc] et, en tant que membre d'office de tous les comités consultatifs, le directeur du BIPM .

Toutes les décisions et recommandations concernant les unités sont rassemblées dans une brochure intitulée The International System of Units (SI) ^{[2] [m]} , publiée par le BIPM et périodiquement mise à jour.

Le système international d'unités est composée d'un ensemble d' unités de base , des motifs dérivés , et un ensemble de multiplicateurs sur la base décimale, qui sont utilisés comme préfixes . ^{[29] : 103-106} Les unités, à l'exclusion des unités préfixées, ^[bd] forment un système cohérent d'unités , qui est basé sur un système de quantités de telle sorte que les équations entre les valeurs numériques exprimées en unités cohérentes ont exactement le même forme, y compris les facteurs numériques, que les équations correspondantes entre les quantités. Par exemple, 1 N = 1 kg x 1 m / s ² dit que l' un newton est la force nécessaire pour accélérer une masse d' une Kilogramme un mètre par seconde au carré , comme liée par le principe de cohérence à l'équation concernant les quantités correspondantes : F = m × a .

Les unités dérivées s'appliquent aux quantités dérivées, qui peuvent par définition être exprimées en termes de quantités de base, et ne sont donc pas indépendantes ; par exemple, la conductance électrique est l'inverse de la résistance électrique , avec pour conséquence que le siemens est l'inverse de l'ohm, et de même, l'ohm et le siemens peuvent être remplacés par un rapport d'un ampère et d'un volt, car ces quantités portent un relation définie entre eux. ^[be] D'autres quantités dérivées utiles peuvent être spécifiées en termes de base SI et d'unités dérivées qui n'ont pas d'unités nommées dans le système SI, comme l'accélération, qui est définie en unités SI comme m/s ² .

Unités de base

Les unités de base SI sont les éléments constitutifs du système et toutes les autres unités en sont dérivées.

Unités dérivées

Les unités dérivées dans le SI sont formées par des puissances, des produits ou des quotients des unités de base et sont potentiellement illimitées en nombre. ^{[29] : 103 [40] : 14,16} Les unités dérivées sont associées à des quantités dérivées ; par exemple, la vitesse est une quantité qui est dérivée des quantités de base de temps et de longueur, et donc l'unité dérivée SI est le mètre par seconde (symbole m/s). Les dimensions des unités dérivées peuvent être exprimées en termes de dimensions des unités de base.

Des combinaisons d'unités de base et dérivées peuvent être utilisées pour exprimer d'autres unités dérivées. Par exemple, l'unité SI de force est le newton (N), l'unité SI de pression est le pascal (Pa)—et le pascal peut être défini comme un newton par mètre carré (N/m ² ). ^[43]

Préfixes

Des préfixes sont ajoutés aux noms d'unités pour produire des multiples et des sous - multiples de l'unité d'origine. Tous ces éléments sont des puissances entières de dix, et au-dessus de cent ou en dessous d'un centième, tous sont des puissances entières de mille. Par exemple, kilo- désigne un multiple de mille et milli- désigne un multiple d'un millième, il y a donc mille millimètres au mètre et mille mètres au kilomètre. Les préfixes ne sont jamais combinés, donc par exemple un millionième de mètre est un micromètre et non un millimètre. Les multiples du kilogramme sont nommés comme si le gramme était l'unité de base, donc un millionième de kilogramme est un milligramme , pas un microkilogramme. ^{[29] : 122 [44] : 14} Lorsque des préfixes sont utilisés pour former des multiples et des sous-multiples des unités SI de base et dérivées, les unités résultantes ne sont plus cohérentes. ^{[29] : 7}

Le BIPM spécifie 20 préfixes pour le Système international d'unités (SI) :

Unités non-SI acceptées pour une utilisation avec SI

De nombreuses unités non SI continuent d'être utilisées dans la littérature scientifique, technique et commerciale. Certaines unités sont profondément ancrées dans l'histoire et la culture, et leur utilisation n'a pas été entièrement remplacée par leurs alternatives SI. Le CIPM a reconnu et reconnu de telles traditions en compilant une liste d' unités non-SI acceptées pour une utilisation avec le SI : ^[29]

Bien qu'il ne s'agisse pas d'une unité SI, le litre peut être utilisé avec des unités SI. Il équivaut à (10 cm) ³  = (1 dm) ³  = 10 ⁻³  m ³ .

Certaines unités de temps, d'angle et d'anciennes unités non SI sont utilisées depuis longtemps. La plupart des sociétés ont utilisé le jour solaire et ses subdivisions non décimales comme base de temps et, contrairement au pied ou à la livre , ils étaient les mêmes quel que soit l'endroit où ils étaient mesurés. Le radian , étant 1/2πd'une révolution, a des avantages mathématiques mais est rarement utilisé pour la navigation. De plus, les unités utilisées dans la navigation autour du monde sont similaires. La tonne , le litre et l' hectare ont été adoptés par la CGPM en 1879 et ont été retenus comme unités pouvant être utilisées avec les unités SI, ayant reçu des symboles uniques. Les unités cataloguées sont données ci-dessous :

Ces unités sont utilisées en combinaison avec des unités SI dans des unités courantes telles que le kilowattheure (1 kW⋅h = 3,6 MJ).

Notions communes des unités métriques

Les unités de base du système métrique, telles que définies à l'origine, représentaient des quantités ou des relations communes dans la nature. Ils le font toujours – les quantités modernes définies avec précision sont des raffinements de définition et de méthodologie, mais toujours avec les mêmes grandeurs. Dans les cas où la précision de laboratoire peut ne pas être requise ou disponible, ou lorsque les approximations sont suffisamment bonnes, les définitions originales peuvent suffire. ^[bf]

• Une seconde vaut 1/60 de minute, soit 1/60 d'heure, soit 1/24 de jour, donc une seconde vaut 1/86400 de jour (l'utilisation de la base 60 remonte à l'époque babylonienne) ; une seconde est le temps qu'il faut à un objet dense pour tomber librement à 4,9 mètres du repos. ^[bg]
• La longueur de l' équateur est proche de40 000 000  m (plus précisément40 075 014,2 m ). ^[45] En fait, les dimensions de notre planète ont été utilisées par l'Académie française dans la définition originale du mètre. ^[46]
• Le mètre est proche de la longueur d' un pendule qui a une période de 2 secondes ; ^{[bh] la} plupart des tables de salle à manger mesurent environ 0,75 mètre de haut ; ^[47] un humain très grand (basketball en avant) mesure environ 2 mètres. ^[48]
• Le kilogramme est la masse d'un litre d'eau froide ; un centimètre cube ou millilitre d'eau a une masse d'un gramme; une pièce de 1 euro pèse 7,5 g ; ^[49] une pièce de 1 dollar américain Sacagawea pèse 8,1 g ; ^[50] une pièce de 50 pence britannique pèse 8,0 g. ^[51]
• Une candela correspond à l'intensité lumineuse d'une bougie modérément brillante, ou à la puissance d'une bougie ; une ampoule à incandescence à filament de tungstène de 60 W a une intensité lumineuse d'environ 64 candelas. ^[bi]
• Une mole d'une substance a une masse qui est sa masse moléculaire exprimée en grammes; la masse d'une mole de carbone est de 12,0 g et la masse d'une mole de sel de table est de 58,4 g.
• Étant donné que tous les gaz ont le même volume par mole à une température et une pression données loin de leurs points de liquéfaction et de solidification (voir Gaz parfait ), et l'air contient environ 1/5 d'oxygène (masse moléculaire 32) et 4/5 d'azote (masse moléculaire 28), la densité de tout gaz presque parfait par rapport à l'air peut être obtenue avec une bonne approximation en divisant sa masse moléculaire par 29 (car 4/5 × 28 + 1/5 × 32 = 28,8 29). Par exemple, le monoxyde de carbone (masse moléculaire 28) a presque la même densité que l'air.
• Une différence de température d'un kelvin équivaut à un degré Celsius : 1/100 de la différence de température entre les points de congélation et d'ébullition de l'eau au niveau de la mer ; la température absolue en kelvins est la température en degrés Celsius plus environ 273 ; la température du corps humain est d'environ 37 °C ou 310 K.
• Une ampoule à incandescence de 60 W d'une puissance nominale de 120 V (tension secteur américaine) consomme 0,5 A à cette tension. Une ampoule de 60 W calibrée à 240 V (tension secteur européenne) consomme 0,25 A à cette tension. ^[bj]

Noms des unités

Les noms d'unités sont des noms communs et utilisent le jeu de caractères et suivent les règles grammaticales du langage contextuel. Par exemple, en anglais et en français, ils commencent par une lettre minuscule (par exemple, newton, hertz, pascal), même lorsque l'unité porte le nom d'une personne et que son symbole commence par une majuscule. ^{[29] : 148} Ceci s'applique également aux « degrés Celsius », ^[bk] puisque « degrés » est le début de l'unité. ^{[53] [54]} Les seules exceptions sont dans le début des phrases et dans les en- têtes et les titres de publication . ^{[29] : 148} L'orthographe anglaise de certaines unités SI diffère : l'anglais américain utilise l'orthographe deka- , meter et liter , tandis que l'anglais international utilise deca- , meter et liter .

Symboles unitaires et valeurs des grandeurs

Les symboles des unités SI sont destinés à être uniques et universels, indépendants du langage contextuel. ^{[29] : 130–135} La brochure SI a des règles spécifiques pour les rédiger. ^{[29] : 130–135} La directive produite par le National Institute of Standards and Technology (NIST) ^[55] clarifie les détails spécifiques à la langue pour l'anglais américain qui n'étaient pas clairs par la brochure SI, mais est par ailleurs identique à la brochure SI. ^[56]

Règles générales

Les règles générales ^[bl] d'écriture des unités SI et des quantités s'appliquent au texte écrit à la main ou produit à l'aide d'un processus automatisé :

• La valeur d'une quantité s'écrit sous la forme d'un nombre suivi d'un espace (représentant un signe de multiplication) et d'un symbole d'unité ; par exemple, 2,21 kg,7,3 × 10 ²  m ² , 22 K. Cette règle inclut explicitement le signe du pourcentage (%) ^{[29] : 134} et le symbole des degrés Celsius (°C). ^{[29] : 133 Les} exceptions sont les symboles pour les degrés angulaires plans, les minutes et les secondes (respectivement °, ′ et ),), qui sont placés immédiatement après le nombre sans espace intermédiaire.
• Les symboles sont des entités mathématiques, pas des abréviations, et en tant que tels n'ont pas de point/point (.), à moins que les règles de grammaire n'en exigent une pour une autre raison, comme pour indiquer la fin d'une phrase.
• Un préfixe fait partie de l'unité et son symbole est précédé d'un symbole d'unité sans séparateur (par exemple, k en km, M en MPa, G en GHz, en g). Les préfixes composés ne sont pas autorisés. Une unité préfixée est atomique dans les expressions (par exemple, km ² est équivalent à (km) ² ).
• Les symboles d'unité sont écrits en caractères romains (droits), quel que soit le type utilisé dans le texte environnant.
• Les symboles des unités dérivées formées par multiplication sont joints par un point central (⋅) ou un espace insécable ; par exemple, N⋅m ou Nm.
• Les symboles des unités dérivées formées par division sont joints par un solidus (/), ou donnés comme un exposant négatif . Par exemple, le "mètre par seconde" peut s'écrire m/s, m ​​s ^-1 , m⋅s ^-1 , ou m/s. Un solidus suivi sans parenthèses d'un point central (ou espace) ou d'un solidus est ambigu et doit être évité ; par exemple, kg/(m⋅s ² ) et kg⋅m ^-1 ⋅s ^-2 sont acceptables, mais kg/m/s ² est ambigu et inacceptable.

Dans l'expression de l'accélération due à la gravité, un espace sépare la valeur et les unités, le 'm' et le 's' sont en minuscule car ni le mètre ni le second ne portent le nom de personnes, et l'exponentiation est représentée par un exposant ' 2'.

• La première lettre des symboles des unités dérivées du nom d'une personne est écrite en majuscule ; sinon, ils sont écrits en minuscules . Par exemple, l'unité de pression est nommée d'après Blaise Pascal , donc son symbole est écrit "Pa", mais le symbole de la taupe est écrit "mol". Ainsi, "T" est le symbole de tesla , une mesure de l' intensité du champ magnétique , et " t " le symbole de tonne , une mesure de la masse . Depuis 1979, le litre peut exceptionnellement être écrit en utilisant soit un "L" majuscule, soit un "l" minuscule, une décision motivée par la similitude de la lettre "l" minuscule avec le chiffre "1", en particulier avec certaines polices de caractères ou l'anglais- écriture de style. Le NIST américain recommande qu'aux États-Unis, « L » soit utilisé plutôt que « l ».
• Les symboles n'ont pas de pluriel, par exemple 25 kg, mais pas 25 kg.
• Les préfixes majuscules et minuscules ne sont pas interchangeables. Par exemple, les quantités 1 mW et 1 MW représentent deux quantités différentes (milliwatt et mégawatt).
• Le symbole du marqueur décimal est soit un point de ou une virgule sur la ligne. En pratique, la virgule est utilisée dans la plupart des pays anglophones et dans la plupart des pays d'Asie, et la virgule dans la plupart des pays d' Amérique latine et d' Europe continentale . ^[57]
• Les espaces doivent être utilisés comme séparateur de milliers (1 000 000 ) par opposition aux virgules ou aux points (1 000 000 ou 1 000 000) pour réduire la confusion résultant de la variation entre ces formes dans différents pays.
• Tout saut de ligne à l'intérieur d'un nombre, à l'intérieur d'une unité composée ou entre nombre et unité doit être évité. Lorsque cela n'est pas possible, les sauts de ligne doivent coïncider avec les séparateurs de milliers.
• Étant donné que la valeur de « milliard » et « billion » varie selon les langues , les termes sans dimension « ppb » (parties par milliard ) et « ppt » (parties par billion ) doivent être évités. La brochure SI ne propose pas d'alternatives.

Impression des symboles SI

Les règles concernant l'impression des quantités et des unités font partie de l'ISO 80000-1:2009. ^[58]

D'autres règles ^[bl] sont spécifiées en ce qui concerne la production de texte à l'aide de presses à imprimer , de traitements de texte , de machines à écrire , etc.

Brochure SI

Couverture de la brochure Le système international d'unités

La CGPM édite une brochure qui définit et présente le SI. ^[29] Sa version officielle est en français, conformément à la Convention du Mètre . ^{[29] : 102} Il laisse place à des variations locales, notamment en ce qui concerne les noms d'unités et les termes dans différentes langues. ^{[bm] [40]}

La rédaction et la maintenance de la brochure de la CGPM sont assurées par l'un des comités du Comité international des poids et mesures (CIPM). Les définitions des termes "quantité", "unité", "dimension" etc. qui sont utilisés dans la Brochure SI sont celles données dans le Vocabulaire International de métrologie . ^[59]

Les quantités et les équations qui fournissent le contexte dans lequel les unités SI sont définies sont maintenant appelées le Système international des quantités (ISQ). L'ISQ est basé sur les quantités sous-jacentes à chacune des sept unités de base du SI . D'autres quantités, telles que la surface , la pression et la résistance électrique , sont dérivées de ces quantités de base par des équations claires et non contradictoires. L'ISQ définit les quantités qui sont mesurées avec les unités SI. ^[60] L'ISQ est formalisé, en partie, dans la norme internationale ISO/IEC 80000 , qui s'est achevée en 2009 avec la publication de l' ISO 80000-1 , ^[61] et a été largement révisée en 2019-2020, le reste étant à l'étude.

Sphère de silicium pour le projet Avogadro utilisée pour mesurer la constante d'Avogadro à une incertitude-type relative de 2 × 10 ^-8 ou moins, détenu par Achim Leistner ^[62]

Les métrologues distinguent soigneusement entre la définition d'une unité et sa réalisation. La définition de chaque unité de base du SI est élaborée de manière à ce qu'elle soit unique et fournisse une base théorique solide à partir de laquelle les mesures les plus précises et reproductibles peuvent être effectuées. La réalisation de la définition d'une unité est la procédure par laquelle la définition peut être utilisée pour établir la valeur et l'incertitude associée d'une quantité de même nature que l'unité. Une description de la mise en pratique ^[bn] des unités de base est donnée dans une annexe électronique à la Brochure SI. ^{[63] [29] : 168–169}

La mise en pratique publiée n'est pas la seule façon de déterminer une unité de base : la brochure SI déclare que « toute méthode compatible avec les lois de la physique peut être utilisée pour réaliser n'importe quelle unité SI ». ^{[29] : 111} Dans l'exercice actuel (2016) de refonte des définitions des unités de base , divers comités consultatifs du CIPM ont exigé que plus d'une mise en pratique soit élaborée pour déterminer la valeur de chaque unité. ^[64] En particulier :

• Au moins trois expériences distinctes doivent être effectuées, donnant des valeurs ayant une incertitude-type relative dans la détermination du kilogramme de pas plus de5 × 10 ⁻⁸ et au moins une de ces valeurs devrait être meilleure que2 × 10 ^-8 . L' équilibre Kibble et le projet Avogadro doivent être inclus dans les expériences et toute différence entre ceux-ci doit être conciliée. ^{[65] [66]}
• Lorsque le kelvin est déterminé, l'incertitude relative de la constante de Boltzmann dérivée de deux méthodes fondamentalement différentes telles que la thermométrie acoustique à gaz et la thermométrie à gaz à constante diélectrique est meilleure qu'une partie de10 ^-6 et que ces valeurs soient corroborées par d'autres mesures. ^[67]

Modifications du SI

Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) a décrit le SI comme « la forme moderne du système métrique ». ^{[29] : 95 L'} évolution de la technologie a conduit à une évolution des définitions et des normes qui a suivi deux axes principaux – les changements apportés au SI lui-même et la clarification de la façon d'utiliser des unités de mesure qui ne font pas partie du SI mais qui sont néanmoins une base mondiale.

Depuis 1960, la CGPM a apporté plusieurs modifications au SI pour répondre aux besoins de domaines spécifiques, notamment la chimie et la radiométrie. Ce sont principalement des ajouts à la liste des unités dérivées nommées, et comprennent la mole (symbole mol) pour une quantité de substance, le pascal (symbole Pa) pour la pression , le siemens (symbole S) pour la conductance électrique, le becquerel (symbole Bq ) pour « activité référée à un radionucléide », le gray (symbole Gy) pour le rayonnement ionisant, le sievert (symbole Sv) comme unité de rayonnement équivalent de dose, et le katal (symbole kat) pour l' activité catalytique . ^{[29] : 156 [68] [29] : 156 [29] : 158 [29] : 159 [29] : 165}

La gamme des préfixes définis pico- (10 ⁻¹² ) à tera- (10 ¹² ) a été étendue à 10 ⁻²⁴ à 10 ²⁴ . ^{[29] : 152 [29] : 158 [29] : 164}

La définition de 1960 du mètre étalon en termes de longueurs d'onde d'une émission spécifique de l'atome de krypton-86 a été remplacée par la distance parcourue par la lumière dans le vide exactement 1/299 792 458 deuxièmement, de sorte que la vitesse de la lumière est maintenant une constante de la nature exactement spécifiée.

Quelques modifications aux conventions de notation ont également été apportées pour atténuer les ambiguïtés lexicographiques. Une analyse sous l'égide du CSIRO , publiée en 2009 par la Royal Society , a souligné les opportunités de terminer la réalisation de cet objectif, au point d'une lisibilité universelle sans ambiguïté par machine. ^[69]

redéfinitions 2019

Dépendances inverses des unités de base SI sur sept constantes physiques , auxquelles sont attribuées des valeurs numériques exactes dans la redéfinition de 2019. Contrairement aux définitions précédentes, les unités de base sont toutes dérivées exclusivement de constantes de la nature. Les flèches sont affichées dans la direction opposée par rapport aux graphiques de dépendance typiques , c'est -à -dire ${\displaystyle a\rightarrow b}$ dans ce tableau signifie ${\style d'affichage b}$ dépend de ${\style d'affichage a}$.

Après la redéfinition du mètre en 1960, le prototype international du kilogramme (IPK) était le seul artefact physique sur lequel les unités de base (directement le kilogramme et indirectement l'ampère, la mole et la candela) dépendaient pour leur définition, faisant de ces unités l'objet de contrôles périodiques. comparaisons des kilogrammes étalons nationaux avec l'IPK. ^[70] Lors des 2e et 3e Vérifications Périodiques des Prototypes Nationaux du Kilogramme, une divergence significative s'était produite entre la masse de l'IPK et l'ensemble de ses copies officielles stockées dans le monde : les copies avaient toutes sensiblement augmenté en masse par rapport à l'IPK. Lors des vérifications extraordinaires menées en 2014 pour préparer la redéfinition des normes métriques, la persistance des divergences n'a pas été confirmée. Néanmoins, l'instabilité résiduelle et irréductible d'un IPK physique a miné la fiabilité de l'ensemble du système métrique pour une mesure de précision de la petite (atomique) à la grande (astrophysique) échelles.

Il a été proposé que : ^[71]

• En plus de la vitesse de la lumière, quatre constantes de la nature - la constante de Planck , une charge élémentaire , la constante de Boltzmann et la constante d'Avogadro - doivent être définies pour avoir des valeurs exactes
• Le prototype international du kilogramme sera retiré
• Les définitions actuelles du kilogramme, de l'ampère, du kelvin et de la taupe doivent être révisées
• Le libellé des définitions d'unités de base devrait changer l'accent d'unités explicites en définitions constantes explicites.

Les nouvelles définitions ont été adoptées lors de la 26e CGPM le 16 novembre 2018 et sont entrées en vigueur le 20 mai 2019. ^[72] Le changement a été adopté par l'Union européenne par le biais de la directive (UE) 2019/1258. ^[73]

Pierre marquant la frontière austro-hongroise /italienne à Pontebba affichant des myriamètres , une unité de 10 km utilisée en Europe centrale au XIXe siècle (mais déconseillée depuis ) ^[74]

L'improvisation des unités

Les unités et les grandeurs unitaires du système métrique qui est devenu le SI ont été improvisées au coup par coup à partir de quantités physiques quotidiennes à partir du milieu du XVIIIe siècle. Ce n'est que plus tard qu'ils ont été moulés dans un système de mesure décimal cohérent orthogonal.

Le degré centigrade en tant qu'unité de température résultait de l'échelle conçue par l'astronome suédois Anders Celsius en 1742. Son échelle désignait de manière contre-intuitive 100 comme le point de congélation de l'eau et 0 comme le point d'ébullition. Indépendamment, en 1743, le physicien français Jean-Pierre Christin a décrit une échelle avec 0 comme point de congélation de l'eau et 100 comme point d'ébullition. L'échelle est devenue connue sous le nom d'échelle centigrade, ou 100 gradations de température.

Le système métrique a été développé à partir de 1791 par un comité de l' Académie française des sciences , chargé de créer un système de mesures unifié et rationnel. ^[75] Le groupe, qui comprenait des hommes de science français prééminents, ^{[76] : 89 a} utilisé les mêmes principes pour relier la longueur, le volume et la masse qui avaient été proposés par le pasteur anglais John Wilkins en 1668 ^{[77] [78]} et le concept d'utiliser le méridien de la Terre comme base de la définition de la longueur, proposé à l'origine en 1670 par l'abbé français Mouton . ^{[79] [80]}

Carl Friedrich Gauss

En mars 1791, l'Assemblée a adopté les principes proposés par le comité pour le nouveau système de mesure décimal comprenant le mètre défini comme étant 1/10 000 000 de la longueur du quadrant du méridien de la Terre passant par Paris, et a autorisé un levé pour établir avec précision la longueur de le méridien. En juillet 1792, le comité proposa les noms meter , are , liter et grave pour les unités de longueur, de superficie, de capacité et de masse, respectivement. Le comité a également proposé que les multiples et sous-multiples de ces unités soient désignés par des préfixes à base décimale tels que centi pour un centième et kilo pour mille. ^{[81] : 82}

Thomson

Maxwell

William Thomson (Lord Kelvin) et James Clerk Maxwell ont joué un rôle de premier plan dans le développement du principe de cohérence et dans la désignation de nombreuses unités de mesure. ^{[82] [83] [84] [85] [86]}

Plus tard, lors du processus d'adoption du système métrique, le gramme et le kilogramme latins ont remplacé les anciens termes provinciaux gravet (1/1000 grave ) et grave . En juin 1799, sur la base des résultats du relevé des méridiens, le mètre étalon des Archives et le kilogramme des Archives sont déposés aux Archives nationales françaises . Par la suite, cette année-là, le système métrique a été adopté par la loi en France. ^{[87] [88]} Le système français a été de courte durée en raison de son impopularité. Napoléon l'a ridiculisé et, en 1812, a introduit un système de remplacement, les mesures usuelles ou "mesures coutumières" qui ont restauré de nombreuses unités anciennes, mais redéfinies en termes de système métrique.

Au cours de la première moitié du XIXe siècle, le choix des multiples privilégiés des unités de base était peu cohérent : typiquement le myriamètre (10 000  mètres) était largement utilisé en France et dans certaines parties de l'Allemagne, tandis que le kilogramme (1000 grammes) plutôt que le myriagramme a été utilisé pour la masse. ^[74]

En 1832, le mathématicien allemand Carl Friedrich Gauss , assisté de Wilhelm Weber , définit implicitement la seconde comme unité de base lorsqu'il cite le champ magnétique terrestre en termes de millimètres, de grammes et de secondes. ^[82] Avant cela, la force du champ magnétique terrestre n'avait été décrite qu'en termes relatifs . La technique utilisée par Gauss consistait à assimiler le couple induit sur un aimant suspendu de masse connue par le champ magnétique terrestre avec le couple induit sur un système équivalent sous gravité. Les calculs qui en ont résulté lui ont permis d'attribuer des dimensions basées sur la masse, la longueur et le temps au champ magnétique. ^{[bo] [89]}

Une bougie en tant qu'unité d'éclairement a été définie à l'origine par une loi anglaise de 1860 comme la lumière produite par une pure bougie de spermaceti pesant 1 ⁄ 6 livres (76 grammes) et brûlant à un taux spécifié. Le spermaceti, une substance cireuse trouvée dans la tête des cachalots, était autrefois utilisé pour fabriquer des bougies de haute qualité. A cette époque, la norme française de la lumière était basée sur l'éclairage d'une lampe à huile Carcel . L'unité a été définie comme cette illumination émanant d'une lampe brûlant de l'huile de colza pureà un taux défini. Il était admis que dix bougies standard équivalaient à peu près à une lampe Carcel.

Mètre Convention

Une initiative d'inspiration française de coopération internationale en métrologie a conduit à la signature en 1875 de la Convention du Mètre , également appelée Traité du Mètre, par 17 nations. ^{[bp] [76] : 353-354} Initialement, la convention ne couvrait que les normes pour le mètre et le kilogramme. En 1921, la Convention du mètre a été étendue pour inclure toutes les unités physiques, y compris l'ampère et d'autres, permettant ainsi à la CGPM de remédier aux incohérences dans la manière dont le système métrique avait été utilisé. ^{[83] [29] : 96}

Un ensemble de 30 prototypes du mètre et 40 prototypes du kilogramme, ^[bq] dans chaque cas constitués d'un alliage 90% platine -10% iridium , ont été fabriqués par la firme britannique spécialisée dans la métallurgie ^{(qui ?)} et acceptés par la CGPM en 1889. L'un de chacun a été choisi au hasard pour devenir le mètre prototype international et le kilogramme prototype international qui remplaçaient respectivement le mètre des Archives et le kilogramme des Archives . Chaque État membre avait droit à un de chacun des prototypes restants pour servir de prototype national pour ce pays. ^[90]

Le traité a également établi un certain nombre d'organisations internationales pour superviser le maintien des normes internationales de mesure. ^{[91] [br]}

Les systèmes CGS et MKS

Gros plan du National Prototype Meter, numéro de série 27, attribué aux États-Unis

Dans les années 1860, James Clerk Maxwell , William Thomson (plus tard Lord Kelvin) et d'autres travaillant sous les auspices de la British Association for the Advancement of Science , se sont inspirés des travaux de Gauss et ont formalisé le concept d'un système cohérent d'unités avec des unités de base et des unités baptisé le centimètre-gramme-seconde système d'unités en 1874. Le principe de cohérence a été utilisé avec succès pour définir un certain nombre d'unités de mesure basées sur le CGS, y compris l' erg pour l' énergie , la dyne pour la force , le barye pour la pression , l' équilibre pour la viscosité dynamique et les courses pour la viscosité cinématique . ^[85]

En 1879, le CIPM a publié des recommandations pour l'écriture des symboles de longueur, d'aire, de volume et de masse, mais il était hors de son domaine de publier des recommandations pour d'autres grandeurs. À partir de 1900 environ, les physiciens qui utilisaient le symbole « μ » (mu) pour « micromètre » ou « micron », « λ » (lambda) pour « microlitre » et « γ » (gamma) pour « microgramme » ont commencé d'utiliser les symboles "μm", "μL" et "μg". ^[92]

À la fin du 19ème siècle, trois systèmes différents d'unités de mesure existaient pour les mesures électriques : un système basé sur CGS pour les unités électrostatiques , également connu sous le nom de système gaussien ou ESU, un système basé sur CGS pour les unités électromécaniques (EMU) et un Système international basé sur les unités définies par la Convention du Mètre. ^[93] pour les systèmes de distribution électrique. Les tentatives pour résoudre les unités électriques en termes de longueur, de masse et de temps à l'aide d' une analyse dimensionnelle se sont heurtées à des difficultés - les dimensions dépendaient de l'utilisation des systèmes ESU ou EMU. ^[86] Cette anomalie a été résolue en 1901 lorsque Giovanni Giorgi a publié un article dans lequel il préconisait l'utilisation d'une quatrième unité de base aux côtés des trois unités de base existantes. La quatrième unité pourrait être choisie pour être le courant électrique , la tension ou la résistance électrique . ^[94] Le courant électrique avec l'unité nommée « ampère » a été choisi comme unité de base, et les autres quantités électriques en dérivent selon les lois de la physique. C'est devenu le fondement du système d'unités MKS.

À la fin du 19e et au début du 20e siècle, un certain nombre d'unités non cohérentes de mesure en fonction du gramme / kilogramme, centimètre / mètre, et la seconde, comme le Pferdestärke (cheval - vapeur métrique) pour pouvoir , ^{[95] [bs]} la darcy pour la perméabilité ^[96] et " millimètres de mercure " pour la pression barométrique et artérielle ont été développés ou propagés, dont certains ont incorporé la gravité standard dans leurs définitions. ^[bt]

À la fin de la Seconde Guerre mondiale , un certain nombre de systèmes de mesure différents étaient en usage dans le monde. Certains de ces systèmes étaient des variations du système métrique ; d'autres étaient basés sur des systèmes de mesure coutumiers , comme le système coutumier américain et le système impérial du Royaume-Uni et de l'Empire britannique.

Le système pratique d'unités

En 1948, la 9e CGPM a commandé une étude pour évaluer les besoins de mesure des communautés scientifiques, techniques et éducatives et "de faire des recommandations pour un système pratique unique d'unités de mesure, adapté à l'adoption par tous les pays adhérant à la Convention du Mètre" . ^[97] Ce document de travail était Système pratique d'unités de mesure . Sur la base de cette étude, la 10e CGPM en 1954 a défini un système international dérivé de six unités de base comprenant des unités de température et de rayonnement optique en plus de celles des unités de masse, de longueur et de temps du système MKS et de l'unité actuelle de Giorgi . Six unités de base ont été recommandées : le mètre, le kilogramme, la seconde, l'ampère, le degré Kelvin et la candela.

La 9e CGPM a également approuvé la première recommandation formelle pour l'écriture de symboles dans le système métrique lorsque la base des règles telles qu'elles sont maintenant connues a été posée. ^[98] Ces règles ont été étendues par la suite et couvrent maintenant les symboles et les noms d'unités, les symboles et les noms de préfixes, la façon dont les symboles de quantité doivent être écrits et utilisés et comment les valeurs des quantités doivent être exprimées. ^{[29] : 104 130}

Naissance de l'IS

En 1960, la 11e CGPM a synthétisé les résultats de l'étude de 12 ans en un ensemble de 16 résolutions. Le système a été nommé Système international d'unités , abrégé SI du nom français, Le Système international d'unités . ^{[29] : 110 [99]}

Définitions historiques

Lorsque Maxwell a introduit pour la première fois le concept de système cohérent, il a identifié trois quantités pouvant être utilisées comme unités de base : la masse, la longueur et le temps. Giorgi a identifié plus tard le besoin d'une unité de base électrique, pour laquelle l'unité de courant électrique a été choisie pour le SI. Trois autres unités de base (pour la température, la quantité de substance et l'intensité lumineuse) ont été ajoutées plus tard.

Les premiers systèmes métriques définissaient une unité de poids comme unité de base, tandis que le SI définit une unité de masse analogue. Dans l'usage quotidien, ceux-ci sont pour la plupart interchangeables, mais dans les contextes scientifiques, la différence compte. La masse, strictement la masse inertielle, représente une quantité de matière. Il relie l'accélération d'un corps à la force appliquée via la loi de Newton , F = m × a : la force est égale à la masse multipliée par l'accélération. Une force de 1 N (newton) appliquée à une masse de 1 kg l'accélérera à 1 m/s ² . Cela est vrai que l'objet flotte dans l'espace ou dans un champ de gravité, par exemple à la surface de la Terre. Le poids est la force exercée sur un corps par un champ gravitationnel, et donc son poids dépend de la force du champ gravitationnel. Le poids d'une masse de 1 kg à la surface de la Terre est de m × g ; masse multipliée par l'accélération due à la gravité, qui est de 9,81 newtons à la surface de la Terre et d'environ 3,5 newtons à la surface de Mars. Étant donné que l'accélération due à la gravité est locale et varie selon l'emplacement et l'altitude sur la Terre, le poids ne convient pas aux mesures de précision d'une propriété d'un corps, ce qui rend une unité de poids inappropriée comme unité de base.

Bien que le terme système métrique soit souvent utilisé comme un nom alternatif informel pour le Système international d'unités, ^{[103] d'} autres systèmes métriques existent, dont certains étaient largement utilisés dans le passé ou sont même encore utilisés dans des domaines particuliers. Il existe également des unités métriques individuelles telles que le sverdrup qui existent en dehors de tout système d'unités. La plupart des unités des autres systèmes métriques ne sont pas reconnues par le SI. ^{[pc] [par]}

Voici quelques exemples. Le système centimètre-gramme-seconde (CGS) était le système métrique dominant dans les sciences physiques et le génie électrique des années 1860 jusqu'aux années 1960 au moins, et est toujours utilisé dans certains domaines. Il comprend des unités non reconnues par le SI telles que le gal , la dyne , l' erg , le barye , etc. dans son secteur mécanique , ainsi que l' équilibre et la course en dynamique des fluides. En ce qui concerne les unités de grandeurs en électricité et en magnétisme, il existe plusieurs versions du système CGS. Deux d'entre eux sont obsolètes : le CGS électrostatique (« CGS-ESU », avec les unités SI non reconnues de statcoulomb , statvolt , statampere , etc.) et le système électromagnétique CGS (« CGS-EMU », avec abampere , abcoulomb , oersted , maxwell , abhenry , gilbert , etc.). ^[bz] Un "mélange" de ces deux systèmes est toujours populaire et est connu sous le nom de système gaussien (qui inclut le gauss comme nom spécial pour l'unité CGS-EMU maxwell par centimètre carré). ^[Californie]

En ingénierie (autre que l'électrotechnique), il y avait autrefois une longue tradition d'utilisation du système métrique gravitationnel , dont les unités SI non reconnues incluent le kilogramme-force (kilopond), l'atmosphère technique , la puissance métrique , etc. Le mètre-tonne-seconde (mts) , utilisé en Union soviétique de 1933 à 1955, comportait des unités non reconnues par le SI comme le sthène , la pièze , etc. D'autres groupes d'unités métriques non reconnues par le SI sont les diverses unités héritées et CGS liées aux rayonnements ionisants ( rutherford , curie , roentgen , rad , rem , etc.), radiométrie ( langley , jansky ), photométrie ( phot , nox , stilb , nit , metre-candle, ^{[107] : 17} lambert , apostilb , skot , brill , troland , talbot , puissance de la bougie , bougie ), thermodynamique ( calorie ) et spectroscopie ( centimètre réciproque ).

L' angström est encore utilisé dans divers domaines. Certaines autres unités métriques non reconnues par le SI qui n'entrent dans aucune des catégories déjà mentionnées incluent le sont , bar , barn , fermi , gradian (gon, grad ou grade) , carat métrique , micron , millimètre de mercure , torr , millimètre (ou centimètre, ou m) d'eau , millimicrons , mho , estéreo , unité de x , γ (unité de masse) , γ (unité de densité de flux magnétique) , et λ (unité de volume) . ^{[108] : 20–21} Dans certains cas, les unités métriques SI non reconnues ont des unités SI équivalentes formées en combinant un préfixe métrique avec une unité SI cohérente. Par example,1  γ (unité de densité de flux magnétique) =1 nT ,1 gallon =1 cm⋅s ⁻² ,1 bary =1  déci pascal , etc. (un groupe apparenté sont les correspondances ^[bz] telles que1 abampère ≘1  déca ampère ,1 abhenry1  nano henry , etc. ^[cb] ). Parfois, il ne s'agit même pas d'un préfixe métrique : l'unité SI-non reconnue peut être exactement la même qu'une unité cohérente SI, à l'exception du fait que le SI ne reconnaît pas le nom et le symbole spéciaux. Par exemple, le nit est juste un nom SI non reconnu pour l'unité SI candela par mètre carré et le talbot est un nom SI non reconnu pour l'unité SI lumen seconde . Fréquemment, une unité métrique non SI est liée à une unité SI par une puissance de dix facteur, mais pas une qui a un préfixe métrique, par exemple1 dyn =10 ^-5  newtons ,1 =10 ⁻¹⁰  m , etc. (et correspondances ^[bz] comme1 gauss ≘10 ^-4  teslas ). Enfin, il existe des unités métriques dont les facteurs de conversion en unités SI ne sont pas des puissances de dix, par exemple1 calorie =4,184  joules et1 kilogramme-force =9,806 650  newtons . Certaines unités métriques non reconnues par le SI sont encore fréquemment utilisées, par exemple la calorie (en nutrition), le rem (aux États-Unis), le jansky (en radioastronomie ), le centimètre réciproque (en spectroscopie), le gauss (en industrie) et les unités CGS-gaussiennes ^[ca] plus généralement (dans certains sous-domaines de la physique), la puissance métrique (pour la puissance des moteurs, en Europe), le kilogramme-force (pour la poussée des moteurs de fusée, en Chine et parfois en Europe), etc. D'autres sont désormais rarement utilisés, comme le sthène et le rutherford.

• Unités non-SI mentionnées dans le SI