Une Brève histoire de la Masse

Introduction :

Si je vous demandais de me donner la définition de la masse, vous répondriez quoi ?

Ha ha, pas si facile hein ?

La masse bein c’est la masse ! c’est ce qui s’exprime en gramme, kilogramme (oui parce que le poids déjà c’est autre chose, on aura l’occasion d’en parler dans un prochain article, le poids ça s’exprime en newton môssieur, c’est une force ). Alors oui on sait que ça se mesure avec une balance mais tout ça ne nous donne toujours pas la définition.

Définition (d’après Futura-sciences) :

La masse est une propriété physique fondamentale d’un corps. Elle rend compte, dans une bonne approximation, de la quantité de matière contenue dans ce corps indépendamment de l’endroit où il se trouve.

• Première information que nous donne cette définition : la masse n’existe pas ! En tout cas pas au sens visible, palpable du terme : elle rend compte (elle représente) une quantité de matière.
• Ce qui a du sens donc c’est la quantité de matière c’est à dire le nombre de particules contenues dans le corps ! Finalement on pourrait très bien ne parler que de quantité de matière dans tout nos calculs.
  • Mais alors pourquoi avoir “inventé” une grandeur si on en a pas besoin ? Bein oui c’est un peu ballot de se fatiguer à l’utiliser si on peut faire sans.
  • Sauf que……C’est justement pour ne pas se fatiguer qu’on l’a “inventé” ! Parce que figurez vous que dans un petit gramme d’eau il y a environ :

33 500 000 000 000 000 000 000 molécules d’eau !

• • Imaginez la tête de la recette du caramel : Comptez 3 300 500 000 000 000 000 000 000 molécules d’eau et versez les dans une casserole… On est pas sorti de l’auberge ! Alors au fond inventer une grandeur c’est pas une si mauvaise idée.
• “Indépendamment de l’endroit où il se trouve” signifie justement ce qu’on a souligné dans l’introduction : la masse n’est pas le poids !
  • Le poids d’un corps c’est l’attraction exercée par l’astre sur lequel il se trouve (ou dans son voisinage proche).
  • Si je suis sur la Lune, et si je n’ai pas perdu un bras ou une jambe pendant le voyage, j’ai toujours la même quantité de matière que sur la Terre (enfin j’espère) mais par contre comme la Lune est plus petite et moins massive je suis moins attirée par elle que par la Terre. Mon poids est donc plus faible (6 fois environ). C’est d’ailleurs pour ça que les astronautes font de grands bonds. Sur Jupiter ils feraient moins les malins !

De la livre au kilogramme :

Bon on a compris que la masse d’un corps était reliée au nombre de particules qui le compose. Mais ça ne nous avance toujours pas.

C’est là qu’intervient ce que le scientifique appelle “l’étalon” :

L’étalon est un corps servant de référence et permettant d’effectuer une comparaison avec le corps étudié.

C’est donc par rapport à un étalon qu’on effectue la mesure de la grandeur. Le mètre-étalon par exemple a été défini en mesurant le dix millionième de la moité d’un méridien. On a alors créé des barres mesurant cette longueur et décrété que cette barre aurait une longueur d’un mètre. Il suffit alors tout simplement de comparer notre objet avec cette barre-étalon : il est deux fois plus grand, il fait donc deux mètres…

En 1791, l’Académie des Sciences est chargée par la toute jeune première république, de mettre un peu d’ordre dans le système de mesures français.

Adieu donc livre, once, talent… et autres unités utilisées pour mesurer la masse et qui présentaient le grand désavantage de n’être pas uniforme sur l’ensemble du territoire. Unifier un pays commence donc par unifier ses grandeurs.

Revenons à notre kilogramme. La commission chargée de statuer sur la nouvelle unité de la masse, présidée entre autre par Antoine-Laurent de Lavoisier, décide de la définir comme étant :

La valeur d’un cylindre d’eau d’un décimètre cube à la température de la glace fondante. Elle est appelée le kilogramme (kg).

Bien évidemment l’eau étant un corps assez instable, on va fabriquer un cylindre en platine et iridium dont la masse sera la même que le cylindre d’eau. Des reproductions seront ensuite distribuées aux principales villes françaises ainsi qu’aux différents pays participant à cette convention.

Il suffit donc de comparer le corps dont on veut connaitre la masse avec cet étalon. Il est moitié moins lourds, il fera un demi-kilogramme etc…

On comprend cependant que le temps altérant toute chose, bien que protégé, un étalon physique ne peut que se dégrader. Imaginez si le cylindre original tombait par terre et perdait ne serait-ce qu’un gramme. Toutes les balances du monde deviendraient fausses.

Pour régler ce problème on a très récemment redéfini le kilogramme à partir d’une constante physique (constante de Planck), indépendante donc du temps qui passe, inaltérable et donc éternelle.

En résumé :

• La masse caractérise la quantité de matière d’un corps. On la note “m”
• Son unité est le kilogramme de symbole kg
• Elle se mesure à l’aide d’une balance de pesée
• Tableau de conversion :

Source des images :

• (1) : Ken Eckert [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons
• (2) : Inconnu [Public domain], via Wikimedia Commons