La masse
La masse est une propriété intrinsèque de tout objet. Elle mesure la quantité de matière qu'il contient. Contrairement au poids, qui varie selon l'endroit où l'on se trouve, la masse reste constante : un astronaute de 70 kg sur Terre possède toujours une masse de 70 kg sur la Lune, même si son poids y est six fois plus faible.
La masse se manifeste de deux façons dans notre quotidien. D'abord, elle détermine l'inertie d'un objet, c'est-à-dire sa résistance au changement de mouvement. Pousser une voiture demande bien plus d'effort que pousser un caddie : la voiture possède une masse plus importante. Ensuite, la masse est responsable de l'attraction gravitationnelle entre les objets. C'est elle qui nous maintient les pieds sur Terre.
La Révolution française a bouleversé les mesures. En 1795, les scientifiques français ont défini le gramme comme la masse d'un centimètre cube d'eau pure à 4°C. Le kilogramme, mille fois plus grand, est devenu l'unité pratique.
Pour concrétiser cette définition, un cylindre de platine iridié a été fabriqué en 1889. Conservé près de Paris au Bureau international des poids et mesures, ce "Grand K" a servi d'étalon mondial pendant plus d'un siècle. Tous les kilogrammes de la planète étaient calibrés par rapport à ce petit cylindre de 39 millimètres de haut.
Mais ce système présentait un défaut majeur : le Grand K s'usait imperceptiblement. Des comparaisons avec ses copies officielles ont révélé des écarts de quelques microgrammes. L'étalon censé définir le kilogramme... changeait de masse.
En 2019, la communauté scientifique a redéfini le kilogramme. Au lieu de s'appuyer sur un objet physique, la nouvelle définition utilise une constante fondamentale de la nature : la constante de Planck. Cette valeur, notée h, relie l'énergie d'un photon à sa fréquence. Elle est désormais fixée exactement à 6,626 070 15 x 10-34 joule-seconde.
Cette approche peut sembler abstraite, mais elle présente un avantage considérable : les constantes de la nature ne changent pas. N'importe quel laboratoire suffisamment équipé peut maintenant réaliser un kilogramme avec une précision extrême, sans avoir besoin de comparer quoi que ce soit au cylindre parisien.
Dans la vie courante, nous utilisons des balances. Les modèles mécaniques comparent l'objet à des masses connues ou mesurent la déformation d'un ressort. Les balances électroniques, omniprésentes dans nos cuisines et nos salles de bain, convertissent une déformation mécanique en signal électrique.
Pour les mesures de haute précision, les scientifiques emploient des instruments sophistiqués. La balance de Kibble, par exemple, utilise des forces électromagnétiques pour équilibrer le poids d'un objet. En mesurant très précisément le courant électrique nécessaire, elle permet de relier la masse à la constante de Planck.
Einstein a révélé en 1905 que masse et énergie sont deux facettes d'une même réalité. Sa formule E = mc² montre qu'une petite quantité de masse correspond à une énergie considérable, car la vitesse de la lumière (c) est immense. Cette équivalence explique pourquoi le Soleil brille : il convertit quatre millions de tonnes de matière en énergie chaque seconde.
Cette relation soulève une question fascinante : d'où vient la masse des particules élémentaires ? Le mécanisme de Higgs, confirmé expérimentalement en 2012 avec la découverte du boson de Higgs au CERN, apporte une réponse. Les particules acquièrent leur masse en interagissant avec un champ présent partout dans l'Univers. Plus l'interaction est forte, plus la particule est massive.