dans Métrologie

Toute bonne mesure est réalisée avec un instrument  étalonné. Nous avons expliqué dans ‘Pourquoi étalonner ? ‘ ce que cela signifiait étalonner … et nous avons donc introduit la notion d’étalon.

Donc qu’est ce qu’un étalon ?

Pour simplifier, un étalon est une matérialisation d’une grandeur donnée dont on connaît la valeur avec une grande exactitude. Un étalon sert à étalonner d’autres étalons ou des équipements qui mesurent la même grandeur. Il existe donc pour chaque grandeur physique un étalon.

Les étalons sont hiérarchisés afin que chacun puisse effectuer un étalonnage avec un étalon qui corresponde à son besoin d’exactitude. Il existe par exemple des étalons internationaux et des étalons nationaux :

Étalons internationaux

Un étalon international est un “étalon reconnu par les signataires d’un accord international pour une utilisation mondiale”. Par exemple le prototype international du kilogramme. C’est un étalon reconnu au niveau international et à partir duquel toutes les mesures effectuées de par le monde découlent.

Étalons nationaux

Un étalon national est un “étalon reconnu par une autorité nationale pour servir, dans un état ou une économie, comme base à l’attribution de valeurs à d’autres étalons de grandeurs de la même nature”. Par exemple, l’étalon national français de la grandeur masse est le prototype national n° 35. Il est détenu par le Laboratoire national de métrologie et d’essai (LNE), qui étalonne les masses étalons des laboratoires accrédités, qui étalonnent, eux, les masses étalons et balances des industriels (pour simplifier les choses).

Dans chaque organisation on peut ensuite trouver des étalons de référence et des étalons de travail :

Étalons de référence

Un étalon de référence est un “étalon conçu pour l’étalonnage d’autres étalons de grandeurs de même nature dans une organisation donnée ou en un lieu donné.”

Étalons de travail

Un étalon de travail est un “étalon qui est utilisé couramment pour étalonner ou contrôler des instruments de mesure ou des systèmes de mesure.”

 

Histoire des étalons :

Les premières mesures ont été prises à l’aide des dimensions du corps humain; et c’est ce que confirment les noms de pas, coudée, pied, paume, pouce, Le plus haut dignitaire du pays faisait alors office de référence : la coudée du pharaon, le pied du roi sont des exemple de cet usage. Bien vite cependant on a crée des objets qui permettait une plus grande uniformité mais aussi une meilleure sûreté dans les transaction.

Tous les peuples ont conservé avec un soin religieux les étalons de leurs mesures : Chez les Hébreux, ils étaient déposés dans le temple; chez les Romains, on les gardait au Capitole, dans le temple de Jupiter. Justinien fit vérifier toutes les mesures, tous les poids, et ordonna de garder les originaux dans la principale église de Constantinople; même il en envoya de semblables à Rome. De leur côté, les Athéniens avaient établi une compagnie de quinze officiers chargés de la garde des mesures originales et de l’inspection de l’étalonnage.

Voici une anecdote concernant les objets utilisés comme étalons :

Pourquoi les animaux ont-ils souvent servi  d’image pour les étalons de poids et ornent-ils, de préférence à d’autres objets, les pièces les plus anciennes ? Les auteurs Romains se sont chargés de nous donner l’explication en nous éclairant sur les origines de leur monnaie, qui se confondent, comme chez beaucoup de peuples agriculteurs, avec celle de la métrologie. Il est facile de deviner en effet que les premières transactions furent de simples échanges en nature : on payait du blé en donnant un mouton, un coin de terre en remettant deux ou trois bœufs. Un beau jour, on trouva commode de remplacer le bœuf vivant par une certaine quantité de cuivre de valeur équivalente, et des lingots de ce métal furent mis en circulation, lingots qu’il fallait chaque fois peser sur la balance (libra). Puis, pour éviter ces pesées continuelles on eut l’idée d’étalonner quelques lingots en gravant sur l’une de leurs faces, la tête de bétail (pecunia) de valeur équivalente. Ainsi naquirent les premiers as qui valaient un bœuf et pesaient une livre.

Et en France ?

En France, dès l’an 650, sous Dagobert, les étalons de mesures étaient conservés dans le palais du roi. Sous Charlemagne, toutes les mesures employées dans son royaume étaient uniformes, et reproduisaient les étalons gardés au palais royal. Mais déjà sur la fin de son règne cette égalité commençait à s’altérer. A Paris, les étalons de poids et mesures furent confiés à divers corps ou corporations, et vers 1780, ils étaient conservés aux endroits suivants:

MESURES DE LONGUEUR. Toise. — L’étalon légal, déposé au grand Châtelet, avait été renouvelé assez souvent, et en dernier lieu en 1766: il fut alors pris égal à la toise du Pérou, déposée au cabinet de l’Académie des Sciences, au Louvre. Cet étalon légal était une règle de fer, à talons, scellée dans un mur accessible au public.

POIDS. — L’étalon de poids était conservé à l’Hôtel des Monnaies et se trouve aujourd’hui au Conservatoire des Arts et Métiers. C’est une série de poids à godet, rentrant les uns dans les autres, pesant au total 50 marcs (25 livres) et formant ce qu’on appelle la pile de Charlemagne. Les poids qui s’y rapportaient étaient dits poids de marc.

On avait étalonné sur cette pile les poids déposés dans tous les Hôtels des Monnaies, de sorte que le poids de marc était connu dans toute la France où il servait, pour ainsi dire, de poids universel. C’est aussi sur la pile de Charlemagne qu’on avait étalonné les poids déposés au Châtelet et ceux dont la garde était confiée conjointement aux Apothicaires et aux Epiciers : ces corporations avaient le droit de visiter, deux ou trois fois par an, les poids et les balances de tous les marchands et artisans de Paris. Ce qui fut repris par la suite comme base de notre métrologie légale actuelle.

Voici un extrait du site de la société d’histoire de la Pharmacie :

On connaît la devise des maîtres apothicaires de Paris : Lances et pondera servant. Elle fait certainement allusion non pas à l’exactitude des pesées, qui était de règles dans leurs boutiques, mais bien à la tâche honorifique qu’on leur avait confié au temps où il n’existait pas de fonctionnaires chargés de ce soin : c’est leur corporation qui à Paris et dans d’autres villes avait la garde des poids étalons et qui vérifiait les poids commerciaux de tout genre.

Pour l’exercice de cette fonction délicate, nos gardes avaient déjà reçu de Philippe le Bel en 1312 un poids dormant ou poids étalon ; un autre étalon fut déposé au Châtelet et un 3ème remis au lièvre-caillou, c’est-à-dire au juré-peseur chargé de faire fonctionner – et fructifier- les balances publiques ou « poids-le-roi », établies l’une à la Halle aux Blés, l’autre rue des Lombards.

Epoque Moderne :

Les scientifiques français, inspirés par l’esprit des lumières ont conçu un système de référence basé sur des objets ayant la même valeur pour tous, sans référence à une personne particulière, bref universel — « universel » dans le sens « accessible à tous et reconnu par tous », mais il ne s’agit au fond que d’une convention arbitraire. C’est ainsi que l’on prit la circonférence de la Terre comme référence de longueur pour bâtir le mètre.

Depuis cette époque la définition et la conservation des étalons ont suivi les progrès de la science et des technologies.

Dès 1795 A. Vandermonde, l’un des premiers démonstrateurs, a fait effectuer des copies de l’étalon de longueur dit “mètre des Archives”, en cours de raccordement à l’unité désormais liée à la longueur du quart nord du méridien terrestre. Mais c’est seulement le 28 avril 1848 que le long processus réglementaire initié à l’époque révolutionnaire dans le domaine de la métrologie aboutit tout naturellement au transfert officiel au Cnam du Dépôt central des étalons et prototypes. A ce titre, le Conservatoire va piloter, à partir de 1850 et jusqu’en 1868, un vaste programme de vérification des étalons métriques départementaux.

Mais l’amélioration de l’exactitude des mesures dimensionnelles conduit les scientifiques à remettre en cause la pertinence de la définition géodésique du mètre promulguée en 1795. Une commission internationale du Mètre, dotée d’une section française dont les administrateurs et scientifiques du Cnam (A. Morin et G. Tresca) sont les pivots, fut mise en place.

Le rôle technique joué par le Cnam dans l’élaboration de la convention du Mètre (20 mai 1875), traité international qui regroupe aujourd’hui presque la totalité des états, est considérable. On doit à H. Tresca le profil en X du prototype international du mètre, dont l’étude constitue l’une des premières réflexions scientifiques sur la notion de fibre neutre en mécanique des solides; on doit aux métallurgistes du Cnam  la réalisation des premières coulées de l’alliage de platine et d’iridium susceptible d’être retenu, compte tenu de son inaltérabilité, en vue de réaliser les prototypes internationaux du mètre et du kilogramme.

Aujourd’hui :

Il existe pour chaque grandeur physique une définition d’un étalon. Voici par exemple la définition du mètre :

Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde.

La seule grandeur pour laquelle l’étalon est resté un ‘objet’ est l’étalon de masse, ou Kilogramme étalon, Le kilogramme est la masse du prototype en platine iridié qui a été sanctionné par la Conférence générale des poids et mesures tenue à Paris en 1889 et qui est déposé au Bureau International des Poids et Mesures.

Pour une définition de l’étalon de chaque grandeur physique visiter le site : http://www.metrologie-francaise.fr/fr/references/index.asp

Nous remercions la société d’histoire de la pharmacie, Wikipédia,  le CNAM et tous les autres  contributeurs  involontaires qui nous ont aidés dans la rédaction de cet article.

 

 

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