Densité - Définition

Introduction

La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et les solides. Dans le cas de gaz ou de vapeur, le corps de référence gazeux est l'air, à la même température et sous la même pression. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime sans unité de mesure.

Histoire et terminologie

La densité d'un corps est une notion de physique ancienne, apparue au XVII^e siècle. Cette grandeur caractéristique d'un corps, exprimée par un nombre sans dimension a un usage commun. Elle est souvent définie dans les dictionnaires savant ou encyclopédique.

Son origine est lointaine et alchimique, comme le suggère Gaston Tissandier dans ses cours à la société polymatique de Paris après 1865. Le mot français densité provient du latin densitas, désignant l'épaisseur, la compacité, voire l'opacité. Les alchimistes, fanatiques de la pureté des corps et des corrélations astrologiques et numériques, ont cherché à comparer par des critères reproductibles l'eau, les métaux, et toutes les substances qu'ils pouvaient purifier, distiller, sublimer.

Par la pesée d'un même volume de matière pure, ils ont invariablement retrouvé les classements des planètes déjà connus :

• Soleil ou l'or : 19,25
• Mercure ou le vif-argent : 13,56
• Saturne ou le plomb : 11,35
• Lune ou l'argent : 10,47
• Vénus ou le cuivre : 10,78
• Jupiter ou l'étain : 7,29
• Mars ou le fer : 7,20

Ces nombres qu'ils obtenaient plus ou moins précisément selon la qualité de leur appareillage et leur manipulation désignent déjà des absolus numériques par rapport à l'eau pure la plus dense, sur laquelle flotte la glace.

La science expérimentale à partir de 1610 a repris leurs appareils, protocoles et mesures dans des buts d'identification, d'analyse et de synthèse, et pour donner lentement naissance à la chimie et aux mesures physiques concernant la matière. Des techniques précises de mesure de densité de solutions salines sont mises au point par Antoine Baumé. Divers courants rationalistes, en particulier après 1790, ont balayé une grande part de conceptions héritées ressenties comme d'anciens legs superstitieux. Ces hommes de science ont voulu valoriser le terme densité en prenant modèle sur la science anglaise, que les spécialistes de la mécanique céleste considèrent exemplaire. Les pays anglo-saxons, très marqués par l'alchimie ainsi que la vie et la pensée de Isaac Newton l'attestent, density désigne la masse volumique et relative density la densité dès le dix-huitième siècle.

Émile Littré définit la densité comme le « rapport de la masse d'un corps à son volume », c'est-à-dire comme la masse volumique. Le scientifique rationaliste Laplace, admirateur de Newton, cité en référence, utilise en 1810 la densité en synonyme de masse volumique. Le BIPM lui-même associe encore, en 1960, les termes densité et masse volumique.

Néanmoins la mesure expérimentale directe de la masse volumique s'appuie toujours sur une pesée hydrostatique avec comme référence une masse d'eau liquide. C'est une mesure de densité relative. La « densité relative » étant la seule grandeur mesurable expérimentalement sa forme courte « densité » est généralement préférée. Le mot densité est, d'après Littré, l'expression moderne du terme « densité relative ». La masse volumique reste le synonyme moderne des expressions désuètes « densité absolue » ou « densité propre ».

Enfin, il ne faut pas confondre la densité d'un corps, sans dimension, avec la densité particulaire, définie par une unité, puisque cette dernière densité d'une grandeur est un rapport statistique d'une population donnée sur un élément d'espace (longueur, surface ou volume) utilisé pour décompter cette population, comme c'est le cas pour la densité surfacique de population, la densité de charge, la concentration molaire.