Une balance, du latin bis (deux fois) et lanx (plateau), est un instrument de mesure qui sert à évaluer des masses par comparaison avec des « poids », dans le langage courant, ou « masses marquées » dont les masses sont connues.

Les balances existent depuis la Protohistoire. La balance nécessitant l'utilisation de poids, elle obligea à réglementer le pesage avec le plus grand soin. Les balances ne sont devenues de véritables instruments de précision qu'au .

Au , l'invention de Roberval révolutionne le pesage avec l'idée de poser les plateaux au-dessus du fléau (pièce oblongue pivotant autour d'un axe horizontal) et non plus en dessous. Au , les observations et les gains de sensibilité dus à Lavoisier sont propices à un usage performant dans les laboratoires. La balance Roberval est perfectionnée par Béranger qui réduit les forces latérales et les frottements en remplaçant les tiges de force par de petits fléaux secondaires. Au , les balances « Roberval » et « Béranger » sont sur tous les comptoirs des commerçants lorsqu'apparaît, dans la seconde moitié du , la « balance automatique » dotée d'un cadran gradué, circulaire ou en forme d'éventail qui indique le poids par la position d'un repère mobile, sans avoir à déplacer de poids manuellement. L'électronique est ensuite à l'origine d'une évolution de la fabrication des balances, avec moins d'organes mécaniques et l'automatisation de la tare. La numérisation permet des instruments munis d'écrans et d'imprimantes qui permettent l'affichage de données souhaitables comme, dans le commerce, le prix de la quantité pesée.

Une « bonne » balance doit être juste, sensible et fidèle.

Le fabricant de balances est un « balancier ».

Histoire En Europe Occidentale, l'utilisation du fléau de balance est attesté depuis l'âge du bronze, puis les balances se sont développées et diversifiées à l'Antiquité. La balance nécessitant l'utilisation de poids, elle obligea à réglementer le pesage avec le plus grand soin. Les balances ne sont devenues de véritables instruments de précision qu'au . C'est l'instrument de mesure pour mesurer la masse.

Protohistoire Le premier fléau de balance connu en Europe de l'Ouest provient de la grotte des Perrats (Agris, Charente, France) et date du bronze moyen (). Il fait toutefois exception puisque mis à part sur ce site, aucun fléau ou poids connu n'est plus ancien que le bronze final ( pour les plus anciens). Les fléaux sont fabriqués en os ou bois de cerf, et les poids en pierre ou en métal..

Antiquité Dans l'Antiquité, les fonctionnaires vérifiaient la justesse de la pesée des négociants et des commerçants à l'aide d'étalons de mesure. Les premiers étalons, faits de cuivre ou de bronze, ont été réalisés en Asie et en Égypte avant l'invention de la monnaie.

Rome Plusieurs types d'instruments de pesage, desquels les nôtres descendent, existaient déjà. La trutina était utilisée pour les grosses pesées, la moneta pour les petites. La statera est la balance aujourd'hui appelée balance romaine. Elle permet d'utiliser un seul instrument pour effectuer des pesées.

La libra est l'unité de mesure (la livre) et correspond à la masse de la monnaie as, soit environ . Cette masse se divise en douze onces d'environ .

Moyen Âge Aucun nouveau type de balance n'apparaît, mais le mot « balance » prend sa place dans la langue française.

À la fin du , Philippe Auguste remplace l'unité de « poids » (la livre) par le marc, qui restera l'unité de masse jusqu'en 1795. Le marc sera utilisé dans tous les pays d'Europe, mais avec des valeurs différentes de masse. En France, le marc se divise en huit onces, l'once en huit gros, le gros en trois deniers, le denier en vingt-quatre grains.

Au Moyen Âge, le roi percevait, grâce à un droit domanial, un impôt sur les marchandises qui se pesaient sous les halles et qui était appelé droit de pesage.

C'est la période du développement des boîtes de pesage utilisées pour les petites pesées. Ces petites boîtes en bois, d'environ de longueur, contenaient une balance à bras égaux montée sur une colonne démontable, ainsi que ses poids. Très répandues chez les commerçants, elles servaient à vérifier la masse des pièces d'or et d'argent en circulation. Les poids contenus dans ces boîtes étaient appelés « poids monétaires ». Chacun de ces poids était ajusté sur la masse légale d'une monnaie déterminée et souvent à son effigie.

L'invention de Roberval révolutionne le pesage avec l'idée de poser les plateaux au-dessus du fléau et non plus en dessous.

Lavoisier perfectionne la balance et les principes de pesage. Il en généralise l'usage dans les laboratoires, après avoir conçu une balance sensible au milligramme..

Le système archaïque des poids et mesures propres à chaque ville ou à chaque région est remis en cause au moment de la Révolution française. Les bienfaits du système métrique, mis en place en France en 1795 et rendu obligatoire le accompagné d'un étalon unique pour tout le pays, se répandent dans tous les pays progressivement. Les formes des poids étalons sont par ailleurs réglementées : un modèle cylindrique surmonté d'une prise en cuivre ; un modèle hexagonal ou rectangulaire en fonte de fer, muni d'un anneau.

Les différents types de balance n'ont pas évolué depuis le . Il faudra attendre les améliorations dues à Louis Poinsot en 1821 pour que la balance dite de Roberval se répande très largement. Un arrêté ministériel autorise « l'admission, la vérification et le poinçonnage de la balance Roberval ».

La balance Roberval est perfectionnée par Béranger qui parvient à réduire les forces latérales et les frottements en utilisant des petits fléaux secondaires qui remplacent les tiges de force.

C'est également à cette époque qu'apparaît le pont-bascule qui permet, grâce au « levier compensé » inventé en Angleterre, de réaliser de grosses pesées sans utiliser de gros pesons.

Les balances « Roberval » et « Béranger » sont sur tous les comptoirs des commerçants lorsqu'apparaît, à la fin du , la « balance automatique » constituée d'un cadran gradué, circulaire ou en forme d'éventail où l'on peut directement lire la masse de l'objet pesé indiquée par une aiguille, et sans avoir à déplacer de poids manuellement.

Les dernières évolutions sont dues à l'électronique : les balances électroniques affichent ou impriment directement la masse et calculent le prix correspondant.

La balance la plus sensible au monde, créée en 2012 par des chercheurs de lInstitut Catalan de Nanotechnologie, permet de peser au yoctogramme () près..

Principes (fonctionnement) Fonctionnement La balance est un instrument de mesure qui repose sur les lois de la mécanique. Elle fonctionne en réalisant l'équilibre entre deux forces qui peuvent être de natures différentes, mais dont au moins l'une est un poids. Il existe de fait deux types de balances : si les deux forces sont des forces-poids, la balance mesure des masses. L'accélération de la pesanteur qui agit sur chacune des masses est identique : en comparant les deux poids, on compare donc les deux masses. Les balances de ce type sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les masses, par rapport au point d'appui. Ce sont les balances à deux plateaux, les balances romaines, etc. ; si l'une des forces n'est pas un poids, mais une force d'un autre type (élastique par exemple), la balance mesure des poids ; on effectue bien la comparaison de deux forces. Les balances de ce type sont constituées d'un levier avec lequel on obtient l'équilibre entre les forces, par rapport au point d'appui. Ce sont les dynamomètres (dont les pesons), les balances pneumatiques, les balances électriques

Qualités d'une balance à plateaux Une « bonne » balance doit être : juste, c'est-à-dire qu'elle reste horizontale lorsqu'on place des masses égales dans chacun des deux plateaux ; sensible, c'est-à-dire que l'addition d'une masse petite détermine une inclinaison appréciable du fléau ; fidèle, c'est-à-dire qu'elle fournit toujours la même indication pour le même objet à peser, quelle que soit la position de cet objet sur l'un des plateaux.

Amélioration des balances à fléau : la double pesée Si les deux bras d'une balance sont de longueurs inégales, la valeur de la pesée dépend du plateau sur lequel on place l'objet à peser. Pour rétablir la bonne valeur, il faut pratiquer une double pesée.

Typologie Balance à plateaux

La balance à plateaux (aussi appelée « balance ordinaire ») se compose d'une barre métallique rigide appelée « fléau » traversée en son milieu, perpendiculairement à sa longueur, par un prisme d'acier appelé « couteau central ». Ce prisme repose par une de ses arêtes sur deux petits plans d'acier fixés à l'extrémité d'une colonne qui, par suite, soutient le fléau. Une des extrémités du fléau sert à supporter le corps à peser, et l'autre à supporter les masses marquées destinées à faire équilibre au corps.

Balance à fléau Le principe de fonctionnement de la balance à fléau est le même que celui de la balance à plateaux. La différence vient du fait que dans cette balance, le fléau ne repose pas sur une colonne mais sur une pièce métallique qui permet de suspendre la balance.

Trébuchet

vignette|Utilisation d'une balance type « trébuchet ». Le trébuchet est un type particulier de balance à plateaux. C'est une balance de précision, utilisée pour peser de faibles quantités de substances. Il était également utilisé pour peser les pièces de monnaie.

Il est à l'origine de l'expression « en espèces sonnantes et trébuchantes ».

Dans ce type de balance, le levier à bras égaux est constitué d'un fléau rigide dont le point d'appui est un couteau central, fabriqué avec un matériau très dur, dont la forme est celle d'un prisme triangulaire et dont une arête repose sur un petit plan horizontal du même matériau. Aux extrémités du fléau, deux autres couteaux équidistants du couteau central supportent deux petits plans horizontaux auxquels ont été fixés les étriers portant les deux petits plateaux. Les arêtes des trois couteaux doivent être absolument parallèles et coplanaires. Le fléau, sous l'action des forces-poids agissant sur les deux petits plateaux, effectue des oscillations amorties autour de la position d'équilibre. Une aiguille solidaire du fléau permet d'observer, sur une échelle graduée, les oscillations et de déterminer la position d'équilibre.

Les couteaux étant très délicats, on ne leur fait supporter la charge qu'au moment d'effectuer la pesée. Lorsque la balance est en position de repos, un dispositif de blocage actionné manuellement de l'extérieur soulève le couteau central, le sépare du plan d'appui et sépare également les couteaux des plateaux de leur plan d'application.

Balance romaine

Si l'appellation « romaine » serait issue de l'arabe رمان (rumaan, rommäna) : grenade, par analogie de forme entre le contre-poids et le fruit, le principe de la balance proviendrait de Chine..

Dans cette balance, les deux bras du fléau n'ont pas la même longueur : le bras du côté de la masse inconnue a une longueur constante alors que la longueur du bras qui supporte le contre-poids est variable. On n'obtient pas l'équilibre en égalisant les deux masses, mais en agissant sur la longueur du bras qui porte le contre-poids. L'équilibre se fait lorsqu'en déplaçant ce contre-poids le long de sa tige, le fléau atteint la position horizontale. Le bras le plus long porte des divisions avec indication des masses correspondantes. Il suffit alors de lire la masse de l'objet.

Dans les balances romaines portables, il existe deux points d'accroche séparés, donnant accès, après retournement de l'appareil, à deux échelles différentes, afin de privilégier la précision ou la pesée de masses plus importantes.

La différence de longueur entre les bras permet de peser des charges beaucoup plus importantes que celle du contre-poids. La mesure des masses ne dépend pas du champ de pesanteur.