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Bureau international des poids et mesures

organisation intergouvernementale sur la science des mesures et les étalons de mesure
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Pour les articles homonymes, voir BIPM.

Le Bureau international des poids et mesures (BIPM) est l'organisation intergouvernementale établie le par la signature à Paris d'un traité international destiné à assurer « l'unification internationale et le perfectionnement du Système métrique » et connu depuis sous le nom de convention du Mètre. Ses États membres agissent en commun concernant les sujets liés à la science des mesures et aux étalons de mesure. Le BIPM a pour mission de maintenir le Système international d'unités (SI).

Bureau international des poids et mesures
  • États membres
  • États associés
  • Anciens membres
  • Anciens associés
Histoire
Fondation
Prédécesseur
Cadre
Sigle
BIPM
Type
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Siège
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Organisation
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SIREN
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Le BIPM est situé au pavillon de Breteuil dans le parc de Saint-Cloud près de Paris, où il jouit d'un statut dérogatoire au droit commun du fait d'un accord de siège du [1]. Son accès est au 12 bis, Grande-Rue à Sèvres[2] (son adresse postale est également rattachée à Sèvres) bien que les bâtiments soient physiquement situés sur le territoire de Saint-Cloud[3].

Le BIPM a deux organes de gouvernance :

  • La Conférence générale des poids et mesures (CGPM) est l'organe plénier du BIPM. Elle est formée des délégués des États parties à la convention du Mètre. La CGPM se réunit tous les quatre ans en moyenne. La dernière réunion de la CGPM (27e réunion) s'est tenue à Versailles en . Lors de la 26e réunion de la CGPM qui a eu lieu du au à Versailles, les définitions de quatre des sept unités de base du Système international d'unités (SI) ont été révisées (le kilogramme, l'ampère, le kelvin et la mole).
  • Le Comité international des poids et mesures (CIPM) assure la direction et la surveillance exclusives du BIPM. Il est placé sous l'autorité de la CGPM. Il est composé de dix-huit membres, tous de nationalité différente afin d'assurer une large représentation de la communauté scientifique. Le CIPM dirige tous les travaux métrologiques que les États membres décident de faire exécuter en commun. Il peut soumettre des projets de résolution à la CGPM. Pour ce faire, il s'appuie sur les travaux des dix comités consultatifs qui couvrent l'ensemble des domaines de la science.

Missions

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Le pavillon de Breteuil, siège du Bureau international des poids et mesures, en .
Sceau original du BIPM.

Selon le plan stratégique , le BIPM a pour missions :

  • de représenter le SI dans le but de renforcer son adoption et son impact ;
  • d'être un centre pour la collaboration scientifique et technique entre les États membres ;
  • de coordonner le SI[4].

Ces différentes missions impliquent notamment la coordination du temps universel coordonné (UTC) ainsi que d'établir le temps atomique international (TAI)[5].

Histoire

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Origine et fondation

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Au XVIIIe siècle, les unités de mesure sont définies par des étalons primaires. Des artéfacts construits dans des alliages différents avec des coefficients de dilatation thermique spécifiques constituent la base légale des unités de longueur. La Toise du Pérou, une règle en fer forgé est l’étalon primaire de la toise en France[6], où le mètre est officiellement défini par un étalon en platine, le Mètre de Archives[7]. Le , l'Assemblée nationale avait adopté par décret un système de poids et de mesures fondé sur une unité de base de longueur : le mètre[8]. À partir du , le système métrique est rendu obligatoire en France[8].

Au milieu de l'année 1799, les résultats nécessaires à la réalisation pratique et définitive du mètre étaient disponibles. Delambre proposa de s'en tenir à l'équivalence de 443,3 lignes pour 1 mètre, une toise faisant 6 fois 144 lignes, mais la commission chargée de la question décida d'utiliser pleinement toute la précision du comparateur de l'ingénieur Étienne Lenoir (1744–1832). Elle fixa la longueur du mètre définitif à 3 pieds 11,296 lignes (soit 443,296 lignes). La loi du 18 germinal an III () avait stipulé que le mètre devrait être tracé sur une règle en platine. Lenoir construisit donc le prototype du mètre-étalon selon ces critères. Un autre étalon en platine ainsi que douze autres étalons en fer sont également réalisés en 1799[7].

Répliques historiques d'étalons métriques, dont une copie du mètre des Archives avec boîtier construit par Étienne Lenoir en 1799. L'un de ces étalons, le Committee Meter, a été introduit aux États-Unis en 1805 par Ferdinand Rudolph Hassler et a servi d'étalon pour la cartographie américaine jusqu'en 1890[9].

L’un d’entre eux est connu aux États-Unis sous le nom de Committee Meter et sera utilisé pour calibrer les règles géodésiques employées pour la mesure des bases de l'United States Coast Survey[9]. En 2007, une comparaison entre le Committee Meter et son homologue suisse est effectuée au NIST et au METAS. Les deux étalons du mètre peuvent être considérés comme parfaitement équivalents, avec une différence de seulement (0,96 ± 3,0) micromètres. La faible qualité des surfaces de mesure explique l'incertitude significative des mesures par rapport aux standards actuels[10].

En 1866, à Neuchâtel, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero propose l'adhésion de l'Espagne à l’Association pour la mesure des degrés en Europe centrale (allemand : Mitteleuropäische Gradmessung)[11]. En Europe, hormis en Espagne[12], les géodésiens continuent à utiliser des appareils à mesurer les bases géodésiques calibrés sur la Toise du Pérou[6]. Ainsi en France, jusqu'en 1828, toutes les bases géodésiques sont mesurées avec la Toise de Borda étalonnée sur la Toise du Pérou. Toutefois, l'étalon dont on s'est servi n'est pas unique. Bien que toutes ces toises soient en définitive rapportées à la Toise du Pérou on s'est servi dans certains cas de copie, voire de copie de copie de la Toise du Pérou[6]. La Règle espagnole, qui sera conservée comme étalon fondamental du mètre en Espagne jusqu'à la réception des prototypes internationaux du mètre[13], est elle-même étalonnée sur la Toise de Borda[12]. C’est l’examen des divergences entre les différentes toises utilisées par les géodésiens qui conduit l'Association pour la mesure des degrés en Europe centrale à considérer, lors de la réunion de sa Commission permanente à Neuchâtel en 1866, la fondation d'un Institut mondial pour la comparaison des étalons géodésiques, première étape vers la création du Bureau international des poids et mesures[14].

À l'occasion de l'Exposition universelle de Paris en , un comité des poids et mesures voit le jour et se prononce en faveur de l'adoption universelle du système métrique. L'Italie, la Russie et l'Espagne sont respectivement représentés par Faustino Malaguti, Moritz von Jacobi et Ramón de la Sagra au sein de ce comité, qui est présidé par Claude-Louis Mathieu, avec Edmond Becquerel comme vice-président et Henri Baudrillart comme secrétaire. Le comité était composé de représentants de la France, des Pays-Bas, de la Belgique, de la Prusse et de la Confédération de l'Allemagne du Nord, d'États de l'Allemagne du Sud, de l'Autriche- Hongrie, de la Suisse, de l'Espagne, du Danemark, de la Suède-Norvège, de la Russie, de l'Italie, de l'Empire ottoman, de l'Égypte, du Japon et de la Chine, du Maroc et de la Tunisie, du Brésil, des États-Unis d'Amérique et du Royaume-Uni de Grande-Bretagne et d'Irlande[15],[16].

Cette même année, la Conférence générale de l'Association pour la mesure des degrés en Europe (Europäische Gradmessung) réunie à Berlin recommande la construction d'un nouvel étalon du mètre et se prononce également pour la création d'un bureau international des poids et mesures[17],[16]. L'Organisation météorologique internationale est également un exemple illustrant le rôle des premières associations scientifiques internationales dans la création du Bureau international des poids et mesures. Ainsi, son premier président, Heinrich von Wild[16],[18], est un des signataires au côté de Moritz von Jacobi et d'Otto Wilhelm von Struve du rapport de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg[19],[20]. En 1869, cette dernière invite celle de Paris à une action commune en vue d'assurer, par des mesures appropriées, l'emploi universel des unités métriques dans tous les travaux scientifiques[21].

Napoléon III approuve par décret le la création d'une commission scientifique internationale ayant pour but de propager l'usage général du système de mesure métrique[22]. Une commission internationale, dans laquelle la section française s'associa aux représentants d'autres nations, travailla de 1870 à 1888 pour élaborer les nouveaux étalons internationaux et nationaux[23]. Dès 1872, la présidence du comité permanent de cette commission fut confiée au représentant de l'Espagne[24]. Un cahier des charges très rigoureux fut élaboré. Il spécifiait notamment la pureté du métal à utiliser pour fabriquer les étalons, à savoir du platine allié à 10 % d'iridium. Il s'agissait en gros du même métal que celui employé pour les étalons de 1799, mais plus pur et plus homogène. Il décrivait aussi le profil en X des règles métriques, qui devaient être des règles à traits gravés dans le plan de la fibre neutre, et les tolérances sur les écarts mesurés entre les différents prototypes[16],[25].

Gros plan du prototype international du mètre no 27, fabriqué en 1889 par le BIPM en collaboration avec Johnson Matthey et alloué aux États-Unis. Cet exemplaire a servi d'étalon de longueur pour la cartographie américaine dès 1890 en remplacement du Committee Meter[9].

Le 13 mai 1874, 250 kilogrammes de platine-iridium destinés à la réalisation de plusieurs prototypes du mètre sont fondus au Conservatoire national des arts et métiers[22]. Lorsqu'un conflit éclate concernant la présence d'impuretés dans l'alliage de 1874, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, président de la Commission internationale du mètre, intervient auprès de l'Académie des sciences pour que la France adhère au projet de création d'un Bureau international des poids et mesures doté des moyens scientifiques nécessaires pour redéfinir les unités du système métrique en fonction des progrès des sciences[26].

La Conférence diplomatique du mètre se réunit à Paris du 1er mars au 20 mai 1875. Deux camps sont en présence. Le premier souhaite la création d'un Bureau international des poids et mesures en France. Le second camp penche pour le maintien du statu quo en faveur du Conservatoire national des arts et métiers. La délégation française elle-même apparaît divisée entre la position de la République prônant la création du Bureau international des poids et mesures et la France du Conservatoire représentée par le général Morin. Dans un premier temps, la France adopte une position officielle neutre, tout en laissant le général Morin manœuvrer secrètement auprès des délégations étrangères dans l'intérêt du Conservatoire. Une troisième voie est envisagée, à savoir la création en Suisse du Bureau international des poids et mesures. Cette option semble d'emblée avoir peu de chance de succès en raison du fort soutien de l'Espagne et de l'Italie à la création du Bureau international à Paris. Après un ultimatum de Wilhelm Foerster, le délégué allemand, la délégation française se positionne officiellement en faveur de la création du Bureau international des poids et mesures[27].

Le est signée à Paris la convention du Mètre par dix-sept États[28]. Le Bureau international des poids et mesures est créé à cette occasion[8]. Dans un premier temps, le Bureau international des poids et mesures a pour mission de fabriquer les prototypes internationaux du mètre et du kilogramme qui constituent les deux unités fondamentales. Pour cela, le BIPM est doté d'un crédit de 260 000 francs et l'immeuble domaniale du pavillon de Breteuil ainsi que ses dépendances lui sont attribués[8].

XIXe et XXe siècles

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Etat des lieux sur les étalons existants

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On sait que le Mètre des Archives est trop court d'environ un cinquième de millimètre par rapport à sa définition de 1791 – c'est-à-dire par rapport à la vraie distance pôle-équateur – mais ce n'est pas ce fait qui déclencha, le mouvement qui devait conduire à une nouvelle définition du mètre. C'est plutôt la qualité métrologique des étalons géodésiques calibrés sur la Toise du Pérou qui se révélait peu à peu insuffisante vis-à-vis des besoins croissants d'exactitude pour les mesures géodésiques.

En absence d'une échelle thermométrique normale, des incohérences se manifestaient lorsqu'on essayait de raccorder entre eux les relevés géodésiques des différents pays pour constituer un réseau géodésique européen. En 1886, Adolphe Hisch, secrétaire du Comité international des poids et mesures et de l'Association géodésique internationale (Internationale Erdmessung) propose que toutes les toises qui avaient servi d'étalons géodésique en Europe durant le XIXe siècle soient comparée au Bureau international des poids et mesures avec la Toise du Pérou et avec le nouveau mètre international de façon à pouvoir utiliser les mesures effectuées jusqu'alors pour mesurer la Terre[6]. Le résultat de ces comparaisons permit de réduire au mètre les arcs mesurés en Allemagne. La discordance de 1/66 000 qui subsistait entre les triangles communs aux réseaux allemands et français pût être réduite à 1/600 000 qui était à la limite de précision des opérations géodésiques de l'époque[14],[26].

Nouveaux étalons

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Dans les années qui suivent sa fondation, le BIPM établit les nouveaux étalons internationaux, selon les missions qui lui ont été confiées.

Les nouveaux étalons sont fabriqués sur la base des anciens étalons fondamentaux fabriqués au XVIIIe siècle mais avec de meilleurs matériaux[17]. Ceux-ci sont sanctionnés en par la première Conférence générale des poids et mesures (CGPM)[17]. Des étalons sont ensuite distribués aux pays signataires de la convention du Mètre[29]. C'est la première étape de la diffusion du système métrique.

Avec les progrès réalisés dans le domaine de la physique et de la métrologie au cours du XIXe siècle, plusieurs initiatives pour créer un système d'unité reposant sur un système de grandeurs physiques existent[17]. En effet, le développement de l'électricité et des recherches sur le champ magnétique vont aboutir à l'établissement du système CGS, un système métrique d'unités physiques reposant sur le centimètre, le gramme et la seconde[29].

En , Giovanni Giorgi montre qu'il est possible de fusionner les trois unités mécaniques (mètre, kilogramme et seconde) avec le système d'unités électriques pour constituer un système unique et cohérent. Une quatrième unité de nature électrique est ainsi ajoutée aux unités de base[29].

En , la convention du Mètre est révisée et permet au BIPM d'étendre ses compétences aux unités électriques et photométriques. En , la CGPM demande au BIPM de procéder à une enquête internationale en vue d'étudier l'établissement d'une réglementation complète concernant les unités de mesure[29]. Ces travaux sont interrompus par la Seconde Guerre mondiale mais sont validés en par la CGPM qui adopte le nouveau système fondé sur le mètre, le kilogramme, la seconde, l'ampère, le degré kelvin et la candela. Ce système prend en le nom de système international d'unités (SI)[8]. Le BIPM en devient alors le garant. Pour satisfaire les besoins de la chimie, la CGPM ajoute en une septième unité au SI : la mole[8].

La création de l'United States Coast Survey par Ferdinand Rudolph Hassler ouvre la voie à une nouvelle définition du mètre, Charles Sanders Peirce étant le premier à établir expérimentalement un lien entre le mètre et la longueur d'onde d'une raie spectrale. Albert Abraham Michelson reprend rapidement cette idée et la perfectionne[30],[9].

Tambour d'enroulage des fils d'invar

Parallèlement aux avancées qui permettront de redéfinir la longueur du mètre, les travaux de thermométrie du Bureau international des poids et mesures (BIPM) conduisent à la découverte d'alliages spéciaux de fer-nickel, en particulier l'invar et l'élinvar, pour lesquels le physicien suisse Charles Édouard Guillaume reçoit le prix Nobel de physique en 1920[31]. Edvard Jäderin (1852-1923), un géodésien suédois, avait inventé un procédé rapide de mesure des bases, fondé sur l'utilisation de fils tendus sous un effort constant. Toutefois, avant la découverte de l'invar, ce procédé est nettement moins précis que la méthode classique de la règle[32],[33].

Le BIPM jouera un rôle central dans la mesures des bases géodésiques à l'échelle de la planète, car la découverte de l'invar par Charles Édouard Guillaume minimise l'impact des erreurs de température[22]. En 1906, avant la mise en service du tunnel du Simplon, les géomètres suisses mesurent au moyen des appareils à fils d'invar la distance entre les gares d'Iselle di Trasquera et de Brigue. Cette méthode a ensuite été utilisée lors de la construction des grands accélérateurs de particules[31]. Le prix Nobel de physique décerné au cinquième directeur du BIPM marque la fin d’une époque durant laquelle la métrologie devient une discipline autonome dotée des moyens nécessaires pour dématérialiser la définition du mètre par des moyens technologiques. La métrologie quitte le giron de la géodésie pour devenir une application technologique de la physique.

Directeurs

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No Nom[34] Pays d'origine Mandat Note
1 Gilberto GoviDrapeau de l'Italie Italie-
2 Johannes PernetDrapeau de la Suisse Suisse-Directeur par intérim
3 Ole Jacob BrochDrapeau de la Norvège Norvège-
4 Jean-René BenoîtDrapeau de la France France-Directeur honoraire
5 Charles-Édouard GuillaumeDrapeau de la Suisse Suisse-Directeur honoraire
6 Albert PérardDrapeau de la France France-Directeur honoraire
7 Charles VoletDrapeau de la Suisse Suisse-Directeur honoraire
8 Jean TerrienDrapeau de la France France-Directeur honoraire
9 Pierre GiacomoDrapeau de la France France-Directeur honoraire
10 Terry J. QuinnDrapeau de la Grande-Bretagne Royaume-Uni-Directeur honoraire
11 Andrew J. WallardDrapeau de la Grande-Bretagne Royaume-Uni-Directeur honoraire
12 Michael KühneDrapeau de l'Allemagne Allemagne-
13 Martin J.T. MiltonDrapeau de la Grande-Bretagne Royaume-Uni-Directeur honoraire
14 Annette KooDrapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-ZélandeDepuis Mandat en cours

Notes et références

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  1. ↑ Numérisation des différents documents relatifs à l'Accord de Siège.
  2. ↑ pav De Breteuil 12 Bis Grande Rue , 92310 SÈVRES, pagesjaunes.fr, consulté le 25 août 2021.
  3. ↑ Extrait de la carte IGN au 1⁄25000, montrant la localisation du « pavillon de Breteuil », sur le territoire de Saint-Cloud, Géoportail, consulté le .
  4. ↑ (en) « Strategic Plan () for the BIPM », sur bipm.org, (consulté le ).
  5. ↑ (en) « BIPM Strategic Plan () », sur bipm.org, (consulté le ).
  6. 1 2 3 4 Seligmann, A. E. M., « La Toise de Belgique », Ciel et Terre, vol. 39,‎ , p. 27-28, 25, 26, 27 (lire en ligne)
  7. 1 2 Guillaume Bigourdan, Le système métrique des poids et mesures ; son établissement et sa propagation graduelle, avec l'histoire des opérations qui ont servi à déterminer le mètre et le kilogramme, Paris : Gauthier-Villars, (lire en ligne), p. 3, 10, 158
  8. 1 2 3 4 5 6 (fr + en) Céline Fellag Ariouet et Richard S. Davis, « Les grandes étapes du système international d'unités », dans Sur mesure, les 7 unités du monde / Made to Measure: the world's 7 units (exposition, musée des Arts et Métiers, Paris,  - , organisée en collaboration avec le Laboratoire national de métrologie et d'essais et le Bureau international des poids et mesures), Paris, RMN-Grand Palais, , 135 p. (ISBN 978-2-7118-7150-6, HAL hal-03105929).
  9. 1 2 3 4 (en) National Bureau of Standards Miscellaneous Publication, U.S. Government Printing Office, , 532-536 p. (lire en ligne)
  10. ↑ (de + en) « Key comparison of the Committee Meter », sur e-expo: Ferdinand Rudolf Hassler,
  11. ↑ Adolphe Hirsch, Comptes-rendus des séances de la Commission permanente de l'Association géodésique internationale réunie à Florence du 8 au 17 octobre 1891, De Gruyter, Incorporated, (ISBN 978-3-11-128691-4, lire en ligne), p. 101-147
  12. 1 2 Jean Brunner, « Appareil construit pour les opérations au moyen desquelles on prolongera dans toute l'étendue de l'Espagne le réseau trigonométrique qui couvre la France in Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences / publiés par MM. les secrétaires perpétuels », sur Gallica, (consulté le ), p. 150-153
  13. ↑ (es) « Detalle del Instrumento », sur Geoportal oficial del Instituto Geográfico Nacional de España
  14. 1 2 Charles-Édouard Guillaume, La création du Bureau international des poids et mesures et son œuvre., Paris, Gauthier-Villars, 1927, 321 p., p. 130
  15. ↑ Comité des Poids et Mesures et des Monnaies, Rapports et procès-verbaux: Catalogue Officiel, Dentu, (lire en ligne), p. 35-36
  16. 1 2 3 4 (en) Terry J. Quinn, From artefacts to atoms: the BIPM and the search for ultimate measurement standards, Oxford University Press, (ISBN 978-0-19-530786-3), p. 10-12, 14-18, 91-92, 49-61.
  17. 1 2 3 4 Bureau international des poids et mesures, La collection d'instruments anciens du Bureau international des poids et mesures.
  18. ↑ « Wild, Heinrich » [archive du ], sur hls-dhs-dss.ch (consulté le )
  19. ↑ (en) « History of IMO and WMO », sur World Meteorological Organization, (consulté le )
  20. ↑ Comité International des Poids et Mesures, Procès-Verbaux des Séances., t. II, Paris, Gauthier-Villars, , p. 5-7.
  21. ↑ Charles-Édouard Guillaume, « Le Système Métrique est-il en Péril ? », L'Astronomie,‎ , p. 242-249 (lire en ligne).
  22. 1 2 3 (en-US) « History – The BIPM 150 » (consulté le )
  23. ↑ Académie des sciences (France) Auteur du texte, Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences : publiés... par MM. les secrétaires perpétuels, Gauthier-Villars, (lire en ligne), p. 381-383
  24. ↑ Procès-verbaux: Commission Internationale du Mètre. Réunions générales de 1872, Imprim. Nation, (lire en ligne)
  25. ↑ Pour les étalons du mètre, la tolérance spécifiée sur les écarts est de 0,01 mm, ces écarts étant eux-mêmes déterminés à 0,2 mm près.
  26. 1 2 INAUGURATION DU MONUMENT ÉLEVÉ A LA MÉMOIRE DE CARLOS iBÁÑEZ DE IBERO MARQUIS DE MULHACÉN A MADRID le mercredi 3 avril 1957. DISCOURS DE M. ALBERT PÉRARD Membre de l'Académie des sciences, in Notices et discours de l'Académie des sciences, pp. 27-28
  27. ↑ J. J. Scherer, « Bericht der schweizerischen Delegierten an der internationalen Meterkonferenz an den Bundespräsidenten und Vorsteher des Politischen Departements », sur dodis.ch, (consulté le )
  28. ↑ Bureau international des poids et mesures, Documents diplomatiques de la conférence du mètre : Convention du mètre signée à Paris le , Paris, Imprimerie nationale, , 149 p., 21 cm (BNF 34193299, lire en ligne [PDF]).
  29. 1 2 3 4 Céline Fellag Ariouet, « Le système international d'unités », dans Claudie Jourdan (dir.) et Gabriel Gachelin (dir.), La science au présent  : Une année d'actualité scientifique et technique, Encyclopædia Universalis, , 319 p. (ISBN 978-2-34101-218-8, lire en ligne).
  30. ↑ (en) « Charles Sanders Peirce and the first absolute measurement standard », sur PHYSICS TODAY, (DOI 10.1063/1.3273015, consulté le )
  31. 1 2 « De la métrologie à la métallurgie de précision : Charles-Édouard Guillaume, prix Nobel de physique 1920 | Société Française de Métallurgie et de Matériaux » (consulté le )
  32. ↑ Ch.-Ed Guillaume, « La mesure rapide des bases géodésiques », Journal de Physique Théorique et Appliquée, vol. 5, no 1,‎ , p. 242–263 (ISSN 0368-3893, DOI 10.1051/jphystap:019060050024200, lire en ligne, consulté le )
  33. ↑ (en-US) « Nobel Prize in Physics 1920 », sur NobelPrize.org (consulté le )
  34. ↑ « Directeurs du BIPM depuis  », sur bipm.org (version du sur archive.org).

Voir aussi

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Bibliographie

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  • Le Système international d'unités (V3.01), Sèvres, France, Bureau international des poids et mesures, , 9e éd., 220 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, lire en ligne [PDF]).
  • Céline Fellag Ariouet, Le Bureau international des poids et mesures, 150 ans de mesures pour le monde, Paris, Gallimard, 2025, 240 p.

Articles connexes

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Liens externes

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