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Kilogramme

Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).

Historique

Le gramme a été introduit lors de l’unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog...) des mesures régionales décidée pendant la Révolution française par la loi du 18 germinal an III (7 avril 1795), art. VI ds Bulletin des lois, 1re série, no 135. C'est un des éléments de la triade "longueur-poids-volume" : décimètre-(kilo)gramme-litre de cette unification.

Le gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) était initialement défini comme la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) d’un centimètre cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de...) d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à la température de 4°C, qui correspond à un maximum de densité.

Le 22 juin 1799, un étalon en platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) d’un kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) (nom originel, le grave), soit la masse d’un décimètre cube d’eau, fut déposé (ainsi qu’un étalon du mètre) aux Archives de France, grâce aux précédents travaux de divers savants, en particulier Lavoisier (guillotiné en 1794).

Cet étalon devint par définition la représentation du kilogramme (mille grammes) par la loi du 10 décembre 1799.

Ce n’est qu’en 1875, cependant, que l’unité de masse fut redéfinie comme « kilogramme », qui devint ainsi la seule unité du SI incluant un préfixe multiplicateur.

Un nouvel étalon en platine irridié de masse pratiquement identique au Kilogramme des Archives devait être réalisé dès 1875, mais la coulée fut rejetée car la proportion d’iridium, 11,1 %, se trouvait en dehors des 9 - 11 % spécifiés. Ce n’est qu’en 1889 que le Kilogramme des Archives fut remplacé par le prototype international du kilogramme, conservé depuis cette date au pavillon de Breteuil.

Définitions

Définition actuelle

Le kilogramme est actuellement défini comme la masse d’un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane...) en platine iridié (90 % platine et 10 % iridium) de 39 mm de diamètre et 39 mm de haut déclaré unité SI de masse depuis 1889 par le Bureau international des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à...) et mesures (BIPM).

Cette unité de mesure est la dernière du SI à être définie au moyen d’un étalon matériel fabriqué par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...), c’est-à-dire un artefact (Un artéfact ou artefact est un effet (lat. factum) artificiel (lat. ars, artis ). Le terme artéfact désigne à l'origine un phénomène...). Celui-ci est conservé sous trois cloches de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) scellées dont il n’est extrait que pour réaliser des étalonnages (opération qui n'a eu lieu que trois fois depuis sa création).

Malgré ces précautions, la masse du prototype a déjà varié de quelques microgrammes.

Selon James Clerk Maxwell (1831 - 1879) :

Even though the kilogram cylinder is housed in a special vault under controlled conditions at the BIPM, its mass can drift slightly over the years and it is subject to changes in mass because of contamination, material loss from surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) cleaning, or other effects. A property of nature is, by definition, always the same and can in theory be measured anywhere, whereas the kilogram is accessible only at BIPM and could be damaged or destroyed.

Propositions de futures définitions

Depuis que le SI a défini les valeurs des constantes de Josephson (CIPM (1988) Recommandation (Les industries ne fonctionnent pas correctement sans normes garantissant l'interopérabilité, des organismes crées pour, promulguent des...) 1, PV 56; 19) et von Klitzing (CIPM (1988), Recommandation 2, PV 56; 20), il est possible de combiner ces valeurs (KJ ≡ 4,835 979 x 10+14 Hz/V et RK ≡ 2,581 280 7 x 10+4 Ω) avec la définition de l'ampère afin de définir le kilogramme comme ceci :

Le kilogramme est la masse qui subirait une accélération de précisément 2 x 10-7 m/s² lorsqu'elle est soumise à la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf....) par mètre entre deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) infinie, de section circulaire négligeable, placés à une distance de un mètre l'un de l'autre dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), et à travers desquels passe un courant électrique constant d’exactement 6,241 509 629.152 65 x 1018 charges élémentaires par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La...).

Ces unités sont aussi utilisées en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) relativiste comme unités d'énergie (via la relation E=mc²).

Il est probable que, à la prochaine convention du BIPM, en octobre 2007, à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien,...), le gramme sera défini comme unité dérivée, et la valeur de la constante de Planck (En physique, la constante de Planck, notée h, est une constante utilisée pour décrire la taille des quanta. Elle joue un rôle central dans la mécanique...) (h) sera figée à : 6,626 069 01 x 10-34 J.s

Cela dépendra de la précision améliorée de la balance du watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système...) et de sa concordance avec la précision améliorée de la mesure de la masse d'une mole de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) très pur, ce qui dépend de la précision du mètre « rayons X », qui pourra s'améliorer via les travaux du physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les...) Theodor W. Hänsch [1] [2].

Une autre approche serait de se baser sur le poids d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) défini d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...). Ce décompte n'est pas simple et pourrait être simplifié dans le cas d'un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot....) pur permettant ainsi de connaitre le nombre d'atomes par unité de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.). Des tentatives en ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi...) ont été faite grâce à la fabrication d'une sphère (relativement facile à usiner) de silicium, en tenant compte de la proportion des différents isotopes. La précision ainsi obtenue est de 3 sur 10 millions. Une boule de silicium 28 pourrait atteindre une précision de 2 pour 100 millions à l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en...) 2010[3].

Multiples, sous-multiples et autres unités

Comme l’unité de base « kilogramme » comporte déjà un préfixe, les préfixes SI sont ajoutés par exception au mot « gramme » ou à son symbole g, bien que le gramme ne soit qu’un sous-multiple du kilogramme (1 g = 10-3 kg).

Par exemple :

  • 1 mégagramme (Mg) = 1 000 kg ;
  • 1 milligramme (mg) = 0,000 001 kg.

Dans les anciens livres, seuls les multiples et sous-multiples du kilogramme sont utilisés :

  • myriagramme (mag) : 1 mag = 10 kg ;
  • myriogramme (mog) : 1 mog = 0,000 000 1 kg (= 100 µg).

Dans la pratique, seuls les multiples du kilogramme sont utilisés :

  • kilogramme (kg) : 1 kg = 1 kg ;
  • mégagramme (Mg) : 1 Mg = 1 000 kg ;
  • gigagramme (Gg) : 1 Gg = 1 000 000 kg = 106 kg ;
  • téragramme (Tg) : 1 Tg = 1 000 000 000 kg = 109 kg ;
  • pétagramme (Pg) : 1 Pg = 1012 kg ;
  • exagramme (Eg) : 1 Eg = 1015 kg;
  • zettagramme (Zg) : 1 Zg = 1018 kg ;
  • yottagramme (Yg) : 1 Yg = 1021 kg.
Correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de...) entre les multiples du kilogramme du système international d'unités
kg Mg Gg Tg Pg Eg Zg Yg
kg 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21
Mg 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18
Gg 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15
Tg 109 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12
Pg 1012 109 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9
Eg 1015 1012 109 106 1 000 1 0,001 10-6
Zg 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0,001
Yg 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 1

Dans la pratique, seuls les sous-multiples du kilogramme sont utilisés (les unités en italiques sont peu usitées) :

  • kilogramme (kg) : 1 kg = 1 kg ;
  • hectogramme (hg) 1 hg = 0,1 kg ;
  • décagramme (dag) : 1 dag = 0,01 kg ;
  • gramme (g) : 1 g = 0,001 kg ;
  • décigramme (dg) : 1 dg = 0,000 1 kg ;
  • centigramme (cg) 1 cg = 0,000 01 kg ;
  • milligramme (mg) : 1 mg = 0,000 001 kg = 10-6 kg ;
  • microgramme (µg) : 1 µg = 0,000 000 001 kg = 10-9 kg ;
  • nanogramme (ng) : 1 ng = 10-12 kg ;
  • picogramme (pg) : 1 pg = 10-15 kg;
  • femtogramme (fg) : 1 fg = 10-18 kg ;
  • attogramme (ag) : 1 ag = 10-21 kg ;
  • zeptogramme (zg) : 1 zg = 10-24 kg ;
  • yoctogramme (yg) : 1 yg = 10-27 kg.
Correspondance entre les sous-multiples du kilogramme du système international d'unités
yg zg ag fg pg ng µg mg cg dg g dag hg kg
yg 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-22 10-23 10-24 10-25 10-26 10-27
zg 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-19 10-20 10-21 10-22 10-23 10-24
ag 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-15 10-16 10-17 10-18 10-19 10-20 10-21
fg 109 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-12 10-13 10-14 10-15 10-16 10-17 10-18
pg 1012 109 106 1 000 1 0,001 10-6 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15
ng 1015 1012 109 106 1 000 1 0,001 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12
µg 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0,001 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9
mg 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 1 0,1 0,01 0,001 10-4 10-5 10-6
cg 1022 1019 1016 1013 1010 107 104 10 1 0,1 0,01 0,001 10-4 10-5
dg 1023 1020 1017 1014 1011 108 105 100 10 1 0,1 0,01 0,001 10-4
g 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 1 000 100 10 1 0,1 0,01 0,001
dag 1025 1022 1019 1016 1013 1010 107 104 1 000 100 10 1 0,1 0,01
hg 1026 1023 1020 1017 1014 1011 108 105 104 1 000 100 10 1 0,1
kg 1027 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 105 104 1 000 100 10 1

On utilise également couramment des noms d'unités anciennes, mais arrondies à des valeurs « exactes »

  • la livre : 1 lb = 0,5 kg, 1 kg = 2 lb ;
  • le grave : 1 G = 1 kg, 1 kg = 1 G ;
  • le quintal : 1 q = 100 kg, 1 kg = 0,01 q ;
  • la tonne : 1 t = 1 000 kg, 1 kg = 0,001 t.
Correspondance entre le kilogramme et les anciennes unités « métrisées »
livre kilogramme quintal tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie,...)
livre 1 0,5 0,005 5·10-4
grave 2 1 0,01 0,001
kilogramme 2 1 0,01 0,001
quintal 200 100 1 0,1
tonne 2 000 1 000 10 1

Les unités anglo-saxonnes sont assez largement utilisées de par le monde (Le mot monde peut désigner :). On utilise couramment les unités du système avoirdupois (av), et, dans certains cas spécifiques, les unités du système troy (t) : médicaments et métaux précieux.

  • Système avoirdupois
    • livre (lb av) : 1 lb av = 0,453 592 37, 1 kg = 2,204 622 6 lb av
    • once (Once (prononciation : /?~s) est un mot pouvant avoir plusieurs sens.) (oz av) : 1 oz av = 0,028 349 523 125 kg, 1 kg = 35,273 961 950 oz av
  • Système troy
    • livre (lb t) : 1 lb t = 0,373 241 721 6 kg, 1 kg = 2,679 228 881 lb t
    • once (oz t) : 1 oz av = 0,031 103 476 8 kg, 1 kg = 32,150 747 oz t

La table ci-dessous indique les correspondances entre les unités ; les valeurs en italiques indiquent les croisement entre les systèmes anglo-saxons.

Correspondance avec les unités anglo-saxonnes (valeurs arrondies)
g oz av oz t lb t lb av kg
g 1 0,035 3 0,032 2 0,002 68 0,002 20 0,001
oz av 28,3 1 0,911 0,076 0 0,062 5 (1/16) 0,0283
oz t 31,1 1,097 1 0,083 3 (1/12) 0,068 6 0,031 1
lb t 373 13,2 12 1 0,823 0,373
lb av 454 16 14,6 1,22 1 0,454
kg 1 000 35,3 32,2 2,68 2,20 1
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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