En bref: Le kilogramme (kg) est l'unité du système international (SI) pour la masse. Il est défini comme étant la masse d'un décimètre cube d'eau dite pure à 4°C soit la masse d'un litre d'eau.
De l'eau pour le kilogramme
L'idée d'utiliser de l'eau pour définir l'unité de masse vient des babyloniens, pour qui un gramme était le poids d'un volume d'eau pure de la taille d'un cube d'un centimètre de côté.
Attention à ne pas confondre masse et poids! Historiquement, le poids est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe. Il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids.
La masse est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune.
Le poids est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: [math]\displaystyle{ F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}} }[/math] avec [math]\displaystyle{ m_{1} }[/math] et [math]\displaystyle{ m_{2} }[/math] les masses des deux objets qui interagissent, [math]\displaystyle{ d }[/math] la distance qui les sépare et [math]\displaystyle{ G }[/math] la constante gravitationnelle qui vaut [math]\displaystyle{ 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2} }[/math]. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément [math]\displaystyle{ 5,972.10^{^{24}}kg }[/math]) que nous restons "collés" à sa surface.
C'est lors de la création du système métrique, dans les années 1790, que le kilogramme a été redéfini en France à partir de l'eau. Une des difficultés rencontrées est qu'un même volume d'eau a une masse différente suivent la température. En effet, l'eau se dilate avec la chaleur et se condense avec le froid.
Il a donc été décidé de choisir comme référence l'état de densité maximale de l'eau, c'est-à-dire le point où l'eau est la plus dense. Cet état est atteint à environ 4°C.
Pourquoi la densité maximale de l'eau est atteinte à 4°C et pas à 0°C?
Ainsi, la référence n'est pas liée à la température mais à un changement d'état.
En 1799, le kilogramme a été défini comme la masse d'un décimètre cube (soit un litre) d'eau pure à son maximum de densité.
Prototype de kilogramme étalon
Etalon international
En 1889, lors de la première Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM), le prototype international devient l'unité de masse. Il s'agit d'un cylindre fait d'un alliage de platine et d'iridium, comme le mètre étalon présenté au même moment. 40 copies sont réalisées à Londres et distribuées aux différentes nations.
Le prototype international est conservé au Pavillon de Breteuil, à Sèvres, et n'est jamais utilisé pour modifier le moins possible sa masse.
Le kilogramme est la seule unité du système international à être encre définie à partir d'un étalon.
Bibliographie/Webographie
Histoire universelle de la mesure, Franck Jedrzejewski, 2002
