système international d'unités

Une règle graduée affiche des mètres, un chronomètre des secondes et une balance des kilogrammes. Ces instruments mesurent des grandeurs différentes, mais leurs résultats peuvent être compris et comparés parce qu'ils utilisent un langage commun. Ce langage est le Système international d'unités, ou SI. Il associe chaque grandeur à une unité et à un symbole reconnus, puis organise les unités dérivées nécessaires pour parler, par exemple, de force, d'énergie ou de pression.

Le Système international d'unités est un ensemble cohérent d'unités couvrant les grandeurs physiques employées en science et en technique. Il est défini et mis à jour par la Conférence générale des poids et mesures, qui réunit les États signataires de la Convention du mètre. Cette conférence fixe aussi les symboles, les règles d'écriture et les préfixes servant à former des multiples et sous-multiples, tels que méga, giga et téra.

Le SI repose sur sept unités de base : le mètre (m) pour la longueur, le kilogramme (kg) pour la masse, la seconde (s) pour le temps, l'ampère (A) pour l'intensité électrique, le kelvin (K) pour la température thermodynamique, la mole (mol) pour la quantité de matière et la candela (cd) pour l'intensité lumineuse. D'autres unités sont dérivées de cet ensemble : le hertz (Hz) mesure la fréquence, le newton (N) la force, le pascal (Pa) la pression, le joule (J) l'énergie, le watt (W) la puissance, le coulomb (C) la charge électrique, le volt (V) la tension et l'ohm (Ω) la résistance.

En 2018, la Conférence a adopté de nouvelles définitions des unités de base, entrées en vigueur en mai 2019. Elles reposent sur des constantes physiques fondamentales plutôt que sur des artefacts matériels. Cette évolution a notamment mis fin au rôle du prototype international qui définissait auparavant le kilogramme.

On rencontre le SI sur les instruments de mesure, les plans, les notices techniques et les résultats scientifiques. Quatre marqueurs permettent de le repérer : une valeur numérique, le symbole d'une unité, la grandeur mesurée et, parfois, un préfixe. Ainsi, m indique une longueur, s un temps, kg une masse et Pa une pression. La majuscule compte : K désigne le kelvin, A l'ampère et W le watt. L'ensemble porte une information mesurée en précisant non seulement combien, mais aussi de quelle grandeur il s'agit.

Pour lire une mesure, commencez par nommer la grandeur recherchée : longueur, masse, temps, température ou une autre grandeur. Ensuite, relevez la valeur affichée et son symbole d'unité. Puis vérifiez si ce symbole appartient à une unité de base, comme s, ou à une unité dérivée, comme Pa. Enfin, repérez un éventuel préfixe, car il indique un multiple ou un sous-multiple selon les conventions fixées pour le SI.

Un symbole familier peut tromper si la grandeur n'est pas identifiée. W ne signifie pas une quantité d'énergie, mais une puissance ; l'énergie s'exprime ici en J. Le bon réflexe consiste donc à lire ensemble la valeur, le symbole et le nom de la grandeur, puis à contrôler la casse du symbole.

Un relevé rassemble trois données : une durée de 12 s, une puissance de 60 W et une pression de 5 Pa. Il faut déterminer la place de chaque unité dans le SI.

1. La seconde, de symbole s, mesure le temps. Elle appartient aux sept unités de base : 12 s est donc une mesure exprimée avec une unité de base.
2. Le watt, de symbole W, mesure la puissance. Il figure parmi les unités dérivées : 60 W est une mesure exprimée avec une unité dérivée.
3. Le pascal, de symbole Pa, mesure la pression. Il est également dérivé : 5 Pa relève de la même catégorie que le watt, mais pas de la même grandeur.

Le contrôle est refaisable sans calcul : pour chaque ligne, associez le symbole à la grandeur, puis confrontez l'unité aux listes de base et dérivées. Des valeurs identiques n'auraient pas rendu les mesures interchangeables, car s, W et Pa ne portent pas la même grandeur.

Sur un instrument, l'utilisateur relève la valeur et son symbole ensemble. Le symbole permet de savoir si l'affichage concerne une longueur, une masse, un temps ou une autre grandeur.

Dans un calcul scientifique ou technique, le SI fournit un vocabulaire cohérent. Une force se note en newtons, une énergie en joules et une puissance en watts ; le choix dépend de la grandeur réellement calculée.

Lorsqu'une valeur est trop grande ou trop petite pour être commode, un préfixe forme un multiple ou un sous-multiple. Il faut alors conserver le symbole et respecter les règles d'écriture fixées par la Conférence.

Dans un contexte qui emploie des pouces, des pieds, des yards, un point typographique, une unité astronomique ou une autre échelle de température, il faut identifier ce système avant de comparer les mesures.

Unité de base et unité dérivée. Une unité de base appartient à la liste des sept fondations du SI ; une unité dérivée est construite dans ce système pour une autre grandeur. La seconde (s) est une unité de base, tandis que le hertz (Hz), unité de fréquence, est dérivé.

Énergie et puissance. Ce sont deux grandeurs distinctes, reconnaissables à leurs unités. Une indication en joules (J) concerne l'énergie ; une indication en watts (W) concerne la puissance.

Système d'unités et échelle de dénomination des grands nombres. Le SI organise des unités de mesure. L'échelle longue et l'échelle courte organisent les noms des grands nombres ; elles ne remplacent donc pas le SI.

Définitions historiques. La liste détaillée des définitions valables jusqu'au 20 mai 2019 ne doit pas être présentée comme la règle actuelle. Depuis mai 2019, les définitions adoptées en 2018 reposent sur des constantes physiques fondamentales plutôt que sur des artefacts matériels.

Un symbole seul ne suffit pas toujours. Une valeur sans grandeur ni contexte favorise les erreurs de lecture, notamment entre J et W. Il faut vérifier le nom de la grandeur, la casse du symbole et l'éventuel préfixe avant de comparer ou d'interpréter deux mesures.

Le SI n'est pas le seul système rencontré. Les pouces, pieds et yards, les unités spécialisées comme le point typographique, d'autres échelles de température et les unités astronomiques existent ou ont existé. Il faut identifier le système employé avant toute comparaison.

Grands nombres. L'échelle longue coexiste avec l'échelle courte, utilisée aux États-Unis, dans certains pays anglophones et au Brésil. Le nom d'un grand nombre doit donc être interprété selon l'échelle annoncée.

La cohérence du SI relie des unités de base à des unités dérivées adaptées à chaque grandeur. Pour prolonger l'étude, on peut examiner comment les définitions entrées en vigueur en mai 2019 s'appuient sur des constantes physiques fondamentales, puis comparer cette logique à l'ancien étalon matériel du kilogramme. Cette perspective montre qu'une unité n'est pas seulement un nom ou un symbole : sa définition doit permettre de réaliser une mesure de référence.