Les cent cinquante ans de la Convention du mètre

En 1875, dix-sept nations, dont la Suisse, signent à Paris la Convention du mètre. Ce traité international marque l’adoption du système métrique décimal sur le plan international.

Le mètre, défini en 1791 par l’Académie des sciences de Paris comme étant la dix millionième partie du quart du méridien terrestre, est officiellement reconnu comme l’étalon de longueur de référence. Dans la foulée, le Bureau international des poids et mesures (BIPM) est fondé à Paris. Il est chargé de construire des nouveaux étalons primaires basés sur l’étalon originel, de les conserver dans les meilleures conditions possibles et d’en distribuer des copies auprès de tous les états membres. Ainsi, la Suisse reçoit en 1889 la copie n°2 du mètre étalon et la copie n°38 du kilo étalon, aujourd’hui conservés à l’Institut fédéral de métrologie METAS dans le canton de Berne.

L’avènement du système métrique s’accompagne d’une demande très forte en copies des étalons nationaux de la part des laboratoires scientifiques et des industries des différents pays membres. Dans ce domaine, une entreprise genevoise se distingue en particulier: la Société genevoise d’instruments de physique (SIP).

Fondée en 1862 dans le but honorable, mais utopique, de fournir des instruments scientifiques de qualité aux savants genevois, la SIP se voit très vite contrainte de diversifier ses activités dans d’autres domaines pour éviter la faillite. Hormis la production de biens d’équipements – fourneaux à gaz pour émailleurs, moteurs à eau ou compresseurs à air, c’est la fabrication en 1865 d’une machine à diviser totalement mécanique qui propulse la société parmi les acteurs majeurs de la métrologie au tournant du 19^e et 20^e siècle. Imaginée par l’ingénieur genevois Marc Thury, un des deux cofondateurs de la SIP, cette machine permet de graduer et de graver en millimètres, des règles avec une marge d’erreur minime. Et tout cela de manière automatisée et sans la moindre intervention humaine comme cela était le cas jusqu’ici dans les autres machines à diviser.

Grâce à cette machine, la SIP se voit confier la fabrication de plusieurs centaines d’étalons secondaires subdivisés en millimètres destinés aux différents instituts nationaux de métrologie, aux laboratoires scientifiques et aux industries. Pour des raisons pratiques, la section en X des étalons primaires est remplacée par une section en H plus facile à usiner. Dès la fin du 19^e siècle, les règles sont coulées en invar, un alliage d’acier contenant du nickel et du fer, dont la dilatation thermique est quasi nulle.

Après huit ans de développement, Marc Thury franchit une étape supplémentaire dans le domaine de la métrologie en mettant au point en 1881 une machine à diviser circulaire dont le principe de fonctionnement est similaire à celle de la machine linéaire. Une des premières missions de cette machine est de graduer les cercles de la nouvelle lunette équatoriale de l’Observatoire de Genève dont l’acquisition avait été financée par l’astronome Emile Plantamour (1815-1882).

Les machines à diviser de la SIP jouissent d’une telle réputation qu’elles sont vendues par centaines dans le monde entier. Elles vont assurer la prospérité de l’entreprise genevoise jusqu’à la fin de Seconde Guerre mondiale. Au début du 20^e siècle, la SIP consolide encore son emprise dans le domaine de la métrologie industrielle en construisant sa première machine à mesurer. De dimensions variables, ce type de machine sert à déterminer les dimensions exactes de pièces de mécanique en les comparant, avec un microscope, à celles d’une règle étalon incorporée.

A côté de la production d’autres instruments de mesures comme les micromètres, les pieds à coulisse, la SIP assure encore une autre mission de prestige en 1937: la remise à neuf des étalons primaires de 1889 conservés au BIPM de Paris.

Le mètre étalon

Uniformiser et simplifier le système de mesure. Relier entre elles les unités de longueur et de volume. Tel a été le grand défi et l’énorme mérite des savants français qui ont adopté en 1791 une nouvelle définition du mètre affranchie de toute référence nationale, locale ou humaine et fondée uniquement sur une grandeur naturelle commune à tous: la dix millionième partie du quart du méridien terrestre. Mesuré sur le terrain entre Dunkerque et Barcelone à l’issue d’une harassante campagne de triangulation géodésique de plus de 7 ans, le nouveau mètre étalon est défini physiquement par une règle plate en platine non graduée dite prototype des Archives. Elle sera remplacée en 1875 par un nouvel étalon primaire plus stable constitué d’un alliage de platine et d’invar en forme de X et muni de deux traits gradués gravés séparés de 1 mètre. Quant au kilo, il est défini par le poids d’un décimètre d’eau pur à 4°C qui sera matérialisé dès 1889 par un cylindre en platine de 39 mm de haut, surnommé le grand K, conservé sous cloche au BIPM à Paris.

La machine à diviser de la SIP

Les machines à diviser constituent l’un des plus grands succès commerciaux de la SIP. Dans un premier temps, la SIP fabriquait ces machines pour ses propres besoins avant de commencer à les exporter dans le monde entier. Totalement automatisées, ces machines étaient capables de graver des traits fins de 0,05 à 0,015 mm avec une précision de 0,002 mm.

Le génie de Thury est d’avoir réussi à relier mécaniquement les deux mouvements principaux de la machine: le déplacement latéral de la table supportant la règle à graduer et le mouvement vertical d’un tracelet dont le burin vient tracer une graduation sur la règle à chaque arrêt de la table. Un dispositif répétiteur à encliquetage entrainé par un poids permet de déplacer successivement la table à des intervalles identiques et dont l’écartement correspond aux traits de la division sur la règle.

La machine comprend en outre deux innovations majeures qui la rendent particulièrement performante: un dispositif de correction de la vis mère pour corriger les erreurs de pas et un compensateur de températures pour atténuer les effets de dilatation lorsque les températures sont différentes de la température d’étalonnage de la machine. Enfin, l’opérateur peut à tout moment contrôler la qualité et la finesse des graduations à l’aide d’un ou deux microscopes optiques fixés à côté du tracelet.

La copie n°2 du mètre étalon

Suite à la signature de la convention du mètre, la Suisse reçoit en 1889 la copie n°2 du mètre étalon qui est aujourd’hui conservée dans les laboratoires de l’Institut fédéral de métrologie METAS à Berne. Sur le certificat délivré par le Bureau international des poids et mesures, on lit que le mètre prototype n°2 est en alliage de platine irridié contenant 10% d’irridium. Il a été construit par la firme Johnson Matthey & Cie à Londres, puis poli et coupé à la longueur de 102 cm par Brunner frères à Paris. Le traçage a été effectué par Gustave Tresca, ingénieur rattaché à la section française de la commission du mètre. La section transversale de la règle est en forme de X. A chaque extrémité sont gravés trois traits d’une épaisseur de 6 à 8 microns séparés les uns des autres par des intervalles de 0,5mm. La distance entre les traits moyens de ces deux groupes représente la longueur de 1000mm. La règle porte sur la face supérieure des jambages l’inscription « A2 » et « B2 ». A côté de l’inscription « A2 » est gravé « SIP Genève 1971 », ce qui pourrait signifier que l’entreprise genevoise a procédé au regravage du prototype en 1971 comme elle l’avait déjà fait dès 1939 pour les prototypes du BIPM de Paris.

La SIP au Musée d’histoire des sciences

Le Musée d’histoire des sciences a entrepris depuis une quinzaine d’années une vaste campagne d’acquisition d’objets et de documentation (plans, catalogues) en lien avec les activités de la SIP à Genève au cours du 19^e et 20^e siècle. Aujourd’hui délocalisée à Bulle au sein d’un grand consortium industriel alémanique, la SIP a été pendant de nombreuses années, un fleuron industriel du canton qui comptait durant ses années fastes (entre 1958 et 1968) près de 1500 employés. Aujourd’hui conservés dans les réserves du Musée, plus d’une centaine d’instruments scientifiques (microscopes, théodolites, baromètres), des règles étalons, des machines à diviser et à mesurer, témoignent des premières activités scientifiques de la société et de son orientation progressive vers la métrologie et l’industrie.

En 2005, dans le cadre d’une exposition intitulée La SIP, du microscope à la machine-outil, le Musée a présenté une vaste gamme de la production historique de la société genevoise. Si les microscopes et les petits instruments de mesure ont pu être présentés dans la villa Bartholoni, il a fallu installer deux containers peints au couleur de la SIP à l’extérieur du Musée pour accueillir les volumineuses et très lourdes machines à diviser circulaires et des machines à pointer historiques qui ont fait la réputation de l’entreprise.