Mesure physique

(Un ruban à mesurer typique avec les unités métriques et impériales et deux pièces de 1 cent de dollar américain pour la comparaison)

La mesure est l’affectation d’un nombre à une caractéristique d’un objet ou d’un événement, qui peut être comparée à d’autres objets ou événements. La portée et l’application de la mesure dépendent du contexte et de la discipline. Dans les sciences naturelles et l’ingénierie, les mesures ne s’appliquent pas aux propriétés nominales des objets ou des événements, ce qui est conforme aux directives du vocabulaire international de métrologie publié par le Bureau international des poids et mesures. Cependant, dans d’autres domaines tels que les statistiques et les sciences sociales et comportementales, les mesures peuvent avoir plusieurs niveaux, à savoir des échelles nominales, ordinales, d’intervalle et de rapport.

La mesure est la pierre angulaire du commerce, de la science, de la technologie et de la recherche quantitative dans de nombreuses disciplines. Historiquement, de nombreux systèmes de mesure existaient pour les différents domaines de l’existence humaine afin de faciliter les comparaisons dans ces domaines. Celles-ci étaient souvent obtenues grâce à des accords locaux entre partenaires commerciaux ou collaborateurs. Depuis le 18ème siècle, les développements ont progressé vers des normes unifiées et largement acceptées qui ont abouti au Système international d’unités (SI) moderne. Ce système réduit toutes les mesures physiques à une combinaison mathématique de sept unités de base. La science de la mesure se poursuit dans le domaine de la métrologie.

Méthodologie

La mesure d’une propriété peut être classée selon les critères suivants: type, ampleur, unité et incertitude. Ils permettent des comparaisons sans ambiguïté entre les mesures.

• Le niveau de mesure est une taxonomie pour le caractère méthodologique d’une comparaison. Par exemple, deux états d’une propriété peuvent être comparés par ratio, différence ou préférence ordinale. Le type n’est généralement pas explicitement exprimé, mais implicite dans la définition d’une procédure de mesure.
• La magnitude est la valeur numérique de la caractérisation, généralement obtenue avec un instrument de mesure choisi de manière appropriée.
• Une unité attribue un facteur de pondération mathématique à la grandeur dérivée du rapport à la propriété d’un artefact utilisé comme standard ou comme une quantité physique naturelle.
• Une incertitude représente les erreurs aléatoires et systémiques de la procédure de mesure; cela indique un niveau de confiance dans la mesure. Les erreurs sont évaluées en répétant méthodiquement les mesures et en tenant compte de l’exactitude et de la précision de l’instrument de mesure.

Normalisation des unités de mesure

Les mesures utilisent le plus souvent le Système international d’unités (SI) comme cadre de comparaison. Le système définit sept unités fondamentales: kilogramme, mètre, candela, seconde, ampère, kelvin et mole. Six de ces unités sont définies sans référence à un objet physique particulier qui sert de référence (sans artefact), tandis que le kilogramme est toujours incorporé dans un artefact qui repose au siège du Bureau international des poids et mesures à Sèvres, près de Paris. Les définitions exemptes d’artefacts fixent les mesures à une valeur exacte liée à une constante physique ou à d’autres phénomènes invariables dans la nature, contrairement aux artefacts standard soumis à la détérioration ou à la destruction. Au lieu de cela, l’unité de mesure ne peut changer que grâce à une précision accrue dans la détermination de la valeur de la constante à laquelle elle est liée.

(Les sept unités de base du système SI. Les flèches pointent des unités vers celles qui en dépendent. )

La première proposition de lier une unité de base SI à une norme expérimentale indépendante de fiat a été proposée par Charles Sanders Peirce (1839-1914), qui a proposé de définir le mètre en fonction de la longueur d’onde d’une raie spectrale. Cela a directement influencé l’expérience de Michelson – Morley; Michelson et Morley citent Peirce et améliorent leur méthode.

Normes

À l’exception de quelques constantes quantiques fondamentales, les unités de mesure sont dérivées d’accords historiques. Rien de ce qui est inhérent à la nature ne dicte qu’un pouce doit avoir une certaine longueur, ni qu’une mille représente une meilleure mesure que le kilomètre. Au cours de l’histoire de l’humanité, cependant, d’abord par commodité et ensuite par nécessité, les normes de mesure ont évolué pour que les communautés aient certains points de référence communs. Des lois réglementant les mesures ont été initialement élaborées pour prévenir la fraude dans le commerce.

Les unités de mesure sont généralement définies sur une base scientifique, supervisées par des organismes gouvernementaux ou indépendants et établies dans des traités internationaux, au premier rang desquels la Conférence générale des poids et mesures (CGPM), créée en 1875 par la Convention du Mètre, la surveillance du Système international d’unités (SI) et la garde du kilogramme international. Le mètre, par exemple, a été redéfini en 1983 par la CGPM en termes de vitesse de la lumière, tandis qu’en 1960, les gouvernements des États-Unis, du Royaume-Uni, de l’Australie et de l’Afrique du Sud définissaient exactement le yard international comme 0,9144 mètres.

Aux États-Unis, l’Institut national des normes et de la technologie (NIST), une division du Département du commerce des États-Unis, réglemente les mesures commerciales. Au Royaume-Uni, le rôle est exercé par le National Physical Laboratory (NPL), en Australie, par le National Measurement Institute, en Afrique du Sud, par le Council for Scientific and Industrial Research et en Inde, le National Physical Laboratory of India.