Histoire du système métrique

L'histoire du système métrique retrace au cours du temps l'évolution du système métrique, depuis sa création en 1793 en France jusqu'à sa transformation en 1960 en système international d'unités.

Devant la profusion des unités de poids et mesures existant dans tous les pays d'Europe au Moyen Âge, un mouvement se dessine dès le milieu du pour trouver une mesure universelle au sens de « commune aux peuples européens ». Deux voies sont possibles : le chemin de la nature, à savoir un lien avec la terre, et par ailleurs le chemin du calcul, c’est-à-dire celui d’un pendule. Le Néerlandais Isaac Beeckman en 1631, puis le Britannique Christopher Wren en 1664, l’abbé Picard en France en 1669 et le Néerlandais Christian Huygens en 1673 sont, chronologiquement, les premiers à proposer de choisir comme unité universelle la longueur du pendule battant la seconde. Mais l’idée de créer un nouveau système décimal de mesure basé sur la circonférence de la Terre, proposée pour la première fois par Gabriel Mouton en 1670 va l’emporter avec les travaux géodésiques entrepris au .

Le , Talleyrand propose à l’Assemblée nationale un « Mémoire sur la nécessité de rendre uniformes dans tout le Royaume, toutes les mesures d’étendue et de pesanteur ». L’idée est de définir de nouvelles unités qui soient universelles. Un décret d' définit le mètre provisoire, avec échelle décimale, ainsi que les noms des nouvelles unités: milliaire, cade, pinte, bar et grave; des étalons provisoires devront être envoyés dans les départements. La loi du 18 germinal de l'an III () institue le système métrique décimal, s'appuyant sur l’unité de longueur, définie comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, et l’unité de masse qui en est déduite, comme celle d’un décimètre cube d’eau distillée. Une valeur provisoire est donnée au mètre, exprimée en toises, puis définitive en 1799, après la mesure d'un arc de méridien entre Dunkerque et Barcelone entreprise par Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, pendant près de sept ans entre 1792 et 1799.

La loi fixe la longueur du mètre à 0,513074 toise de Paris, et des prototypes en platine, fabriqués à partir de mousse de platine agglomérée, sont adoptés en . Des copies sont ensuite diffusées dans les départements français. A ses débuts, de 1800 à 1840, le système métrique connait quelques avatars avec notamment la réintroduction officielle d'anciennes unités de mesures.

Le a lieu à Paris la signature d'un traité international destiné à assurer « l'unification internationale et le perfectionnement du système métrique » et connu depuis sous le nom de Convention du Mètre. Le Bureau international des poids et mesures (BIPM), l'organisation intergouvernementale garante de l'évolution et de la diffusion du système métrique est créée ce jour-là. La réalisation des prototypes internationaux et les progrès entérinés par la CGPM donnent un essor à la diffusion du système métrique dans le monde.

Aux deux unités de base (mètre et kilogramme) viennent s'ajouter les unités d'autres grandeurs physiques : le temps dans les années 1940, puis la température, l'intensité de courant et l'intensité lumineuse dans le cadre de la préparation du système international d'unités qui est adopté en 1960. Une unité de base vient compléter le dispositif en 1971 : la mole.

Poids et mesures pré-métriques

Diversité des mesures en Europe Sous l'Ancien Régime, les mesures linéaires forment un système duodécimal hérité de l'ancien système romain, hormis en Lorraine ou bizarrement on utilise depuis 1600 le système décimal. L’unité fondamentale est le pied de douze pouces. Chaque pouce se divise en 12 lignes et la ligne en 12 points ou parties. Le pied, qui était une mesure usuelle à Rome comme en Grèce, est l’unité de base se répand dans toute l’Europe au Moyen Age et même au-delà : en Angleterre et aux États-Unis (), en Allemagne et en Autriche (), en Italie (piede), en Suède et en Norvège (fot), au Danemark (fod) ; en Espagne (pié), au Portugal (pe) et progressivement à tous les comptoirs marchands et à toutes les colonies.

Diversité des mesures et anciennes tentatives d’unification en France

L’origine des mesures usuelles a une antiquité trop reculée pour être fixée de façon précise, et chaque pays en adopta d'appropriées à ses conditions d'existence, ce qui explique leur variété. Plus tard, les transactions commerciales de peuple à peuple se multipliant, les inconvénients de cette diversité ont commencé à se faire ressentir. Ainsi, en France, comme ailleurs en Europe, les mesures du royaume étaient très variables. Le modius, par exemple, mesure de capacité pour les grains et les liquides, variait d’une province à une autre, parfois même de ville à ville..

Charlemagne est le premier à décréter l’emploi de mesures identiques dans toute l'étendue de son empire par le fameux capitulaire d'Aix-la-Chapelle (789). Il recommande l’adoption de mesures justes et équitables : « Nous voulons que tous, usent de mesures égales et sûres, des poids égaux et justes, soit pour livrer la marchandise, soit pour la recevoir, dans les villes comme dans les monastères, selon la règle que nous tenons de la loi de Dieu. »Capitularia Regum Francorum, t. I f° 238, Carol. Magn., an 789. En 800, il demande que des étalons soient conservés par les juges : « Nous voulons que chaque juge conserve dans ses services les étalons du setier et de ses divisions, du huitième et du boisseau, comme nous les avons nous-mêmes dans notre Palais. ». Puis en 813, il recommande à nouveau l’utilisation de poids et mesures justes. « Nous voulons que les poids et mesures soient, en tous lieux, uniformes et justes. »Capitularia Regum Francorum, 1.1 f° 503, Carol. Magn., an 813.

Ses successeurs, entre autres Louis le Débonnaire et Charles le Chauve renouvellent ces prescriptions. Ce dernier déclare dans l'édit de Pîtres (864) que les mesures dont peuvent se servir ses sujets devaient être rigoureusement conformes aux modèles déposés dans son palais. Mais les documents prouvent que ces règlements sont peu suivis. Une fois la féodalité établie, le droit d'étalonnage appartient au seigneur et, comme la taxe payée était un de ses meilleurs revenus, chacun d'eux eut intérêt à posséder des unités différentes de celles des fiefs voisins. Dès lors la confusion recommence à régner.

Philippe le Bel essaye bien de réagir. Ses barons continuent toutefois sans vergogne leur lucratif métier de « faux monnayeurs ». Philippe le Long voulut faire aller plus loin. Il décide non seulement qu'« une seule monnaie de bon et loyal pois » serait frappée par lui, mais il ordonna « qu’en son dit royaume, où il y a diverses mesures et divers pois, en déception et lésion de plusieurs, fussent faites de nouvel un seul pois et une seule mesure convenables, desquels le peuple usast dorénavant ». Il se heurte toutefois à l’opposition du tiers état qui, par la voix de ses députés réunis à Orléans le , rejette la réforme. François Ier (1510) et Henri III (1575) ne sont pas plus heureux dans leurs tentatives. Il y a alors, rien que pour les mesures de longueur en usage dans l'est de la France, huit pieds différents (le pied de roy, le pied de Montbéliard, le pied de Lorraine, le pied de Bourgogne, le pied du Chastelet, le pied d’Allemagne, le pied de Savoie et le demi-pied d'Italie).

Situation en France à la veille de la Révolution En 1789, il existe quelques 800 mesures différentes, recouvrant d’une région à l’autre des réalités différentes. Par exemple, la livre pèse à Paris, à Lyon, à Marseille. Le setier contient 12 boisseaux de grains, mais 16 de sel, 24 d’avoine, et 32 de charbon. D’où des calculs compliqués, des erreurs, des pertes de temps, mais aussi des abus, des fraudes, des tromperies, des disputes. Le développement du commerce et de l’industrie en était de plus en plus entravé. Par ailleurs, le progrès des sciences exactes nécessitait un système de mesure universel, précis et pratique et, tout à la fois, en permettait la réalisation..

Idées théoriques sur les mesures universelles et premières mesures du méridien () Devant la profusion des unités de poids et mesures existant dans tous les pays d'Europe au Moyen Âge, un mouvement se dessine dès le milieu du pour trouver une mesure universelle au sens de « commune aux peuples européens ». Deux voies sont possibles : le chemin de la nature, à savoir un lien avec la terre, et par ailleurs le chemin du calcul, c’est-à-dire celui d’un pendule.

Le Néerlandais Isaac Beeckman en 1631, puis le Britannique Christopher Wren en 1664, l’abbé Picard en France en 1669, l'Italien Tito Livio Burattini en 1675, mais aussi La Condamine en 1747 et Nicolas de Condorcet en 1774 sont, chronologiquement, les premiers à proposer de choisir comme unité universelle la longueur du pendule battant la seconde.

L'abbé Gabriel Mouton, un astronome né à Lyon, publie en 1670 l'ouvrage Observationes diametrorum solis et lunae apparentium, dans lequel il suggère qu'un nouveau système décimal de mesure pourrait être basé sur la circonférence de la Terre, calculée par Giovanni Battista Riccioli (1598-1671) de Bologne comme étant d'environ romains (environ 48 118 km). Le méridien terrestre, et plus largement la terre, a fait l'objet de mesure depuis très longtemps : Eratosthène ((III B.C.), Al-Ma'mūn(820), Jean Fernel (1525), Willebrord Snell (1617), Norwood (1635), Picard (1670), J. Cassini (1718), Lacaille et Cassini de Thury (1740).

Arithmétique décimale, fondement du système métrique Simon Stevin et l'arithmétique décimale (1585) vignette|Notation décimale pour 19,178. Simon Stevin, un mathématicien belge, présente et explique pour la première fois en 1585 les avantages de l'arithmétique décimale dans un petit livre intitulé en flamand (la langue maternelle de Stevin) et La Disme en français. .. George Sarton, l'un des principaux historiens des sciences de la première moitié du , qualifie Stevin de « peut-être l'homme de science le plus original de la seconde moitié du ». La notation de Stevin n'est pas tout à fait celle utilisée usuellement de nos jours. Par exemple, il n'utilisait pas de point décimal ou d'équivalent. La partie fractionnaire d'un nombre était marquée par un 0, 1, 2, 3, etc. encerclé, pour les uns, les dixièmes, les centièmes, les millièmes, etc. La notation décimale de Stevin trouve un écho dans l'Europe savante. Malgré la lourdeur de la notation, Sarton reconnaît à Stevin le mérite d'avoir expliqué l'idée de l'arithmétique décimale dans son intégralité. Sarton mentionne deux autres érudits travaillant plus tôt au , Christoff Rudolff à Augsbourg (dans l'actuelle Allemagne) et Elijah Ben Abraham Mizrah à Constantinople (aujourd'hui Istanbul, en Turquie) qui ont utilisé une méthode qui s'apparente aux fractions décimales, y compris un séparateur entre les parties entières et fractionnaires des nombres, mais sans la compréhension ou la justification énoncée par Stevin.

Virgule décimale ou point décimal Jusqu'en 2024, il était admis que c'était Christophorus Clavius qui avait le premier introduit le point décimal dans ses tables astronomiques (Astrolabium) de 1593, suivi par Bartholomäus Pitiscus dans ses tables trigonométriques (1612), et enfin par John Napier dans ses deux ouvrages sur les tables de logarithmes (1614 et 1619). Mais une nouvelle étude publiée le dans Historia Mathematica montre que le point décimal a été retrouvé dans des tables astronomiques des années 1440 du marchand et mathématicien italien Giovanni Bianchini...