L’énergie (1 – la masse)

Dans la page d’introduction à cette série d’initiation à la notion d’énergie au sens que lui donnent les physiciens, nous avons déjà rencontré quelques notions physiques qui fâchent:

  • la notion de masse
  • la notion d’accélération
  • la notion de force
  • la notion d’énergie potentielle

Nous allons d’abord revenir sur ces quatre concepts avant d’aller plus loin.

La masse

Tous les corps matériels qui composent notre Univers (la nature, si vous voulez) sont massifs. Pas au sens d’un bahut breton. Mais pour signifier qu’ils sont formés de matière.

Dans une page antérieure,  nous avons vu que toute la matière qui compose notre planète et les êtres vivants qui la peuplent, est constituée à partir de briques élémentaires que l’on appelle des atomes, briques élémentaires dont la variété est relativement limitée (grosso modo une petite centaine…). Ces atomes, de variété relativement limitée donc, ne se distinguent les uns des autres que par deux caractéristiques principales:

  • la composition de leur noyau;
  • l’arrangement du cortège d’électrons qui assure la neutralité électrique de l’assemblage noyau-électrons (car n’oubliez pas que vous avez appris que les noyaux sont dits porteurs d’une charge électrique positive).

On peut donc dire que la matière revêt deux visages:

  • Un premier aspect lié à la structure des noyaux, assemblages stables (jusqu’à un certain stade) de protons et de neutrons. Ces constituants partagent la propriété commune d’avoir une masse (toujours la même, qu’ils s’appellent protons ou neutrons), et se différentient parce que seuls les protons portent aussi une charge électrique.
  • Un second aspect, lié cette fois au cortège électronique des atomes. Selon le nombre d’électrons et leur arrangement, la capacité à former des associations entre atomes différents est plus ou moins grande. C’est de cette gamme d’affinités ou d’indifférence entre atomes que naîtra toute la chimie, et l’existence de corps matériels composés aux propriétés extrêmement diverses.

Mais maintenant, je vais vous dire quelque chose qui va, selon votre inclination profonde, ou bien vous agacer prodigieusement, ou bien vous tranquilliser: Aucun physicien ne sait expliquer ce qu’est exactement la propriété de la matière que l’on appelle sa masse. Cette propriété est spécifique du comportement des neutrons et des protons (comportement que l’on sait décrire exactement), mais c’est tout !

Il en est de même pour ce qu’on appelle la charge électrique: on sait juste dire que c’est une caractéristique des particules élémentaires que l’on reconnait comme chargées, à partir de leur comportement, que lui on sait observer et décrire (Cette observation et cette description s’appellent l’électrodynamique quantique).

Alors, si vous ne comprenez pas tout, ne vous inquiétez pas ! Richard Feynman, un des plus grands Prix Nobel, et le père de l’électrodynamique quantique, disait qu’il n’y comprenait rien, mais que ce n’était pas grave, parce qu’il pouvait tout décrire et prévoir du comportement de ces choses étranges.

Pour toutes ces raisons, la masse est ce que l’on appelle en physique une grandeur fondamentale. Cela veut dire que le comportement de la matière (la préoccupation numéro un des physiciens) va être directement gouvernée par cette grandeur. Comme toutes les grandeurs, pour en parler, il faut la mesurer. Et pour mesurer une grandeur, il faut faire le choix d’une unité.

L’unité de masse aujourd’hui universellement adoptée s’appelle le kilogramme. C’est la masse d’un prototype international (un certain volume de platine) déposé au Pavillon des Poids et Mesures, à Sèvres.

C’est la preuve tangible qu’on ne sait toujours pas ce qu’est exactement la masse de la matière, puisque depuis la création de la Conférence Internationale des Poids et Mesures (CIPM, réunie pour la première fois en 1889), c’est la seule définition d’unité fondamentale qui n’ait pas été profondément remaniée au fur et à mesure des progrès scientifiques en métrologie.

En tout cas, même si un kilogramme de liège possède la même masse qu’un kilogramme de plomb, il n’est pas difficile de constater la différence entre les deux échantillons de matière !

Une différence plus subtile est celle que beaucoup omettent de faire entre masse et force.  Essentiellement, parce que les systèmes d’unités successivement imposés comme légaux ont varié dans les choix des unités fondamentales à utiliser pour bâtir tout un système cohérent de grandeurs.

Et c’est pourquoi, et comme tout le monde,  vous mesurez certainement votre poids, qui est une force, en kilogrammes, qui est l’unité de masse.

Mais restons en là aujourd’hui. Les prochaines fois, nous parlerons de l’unité d’énergie, puis ensuite des notions de  pesanteur, accélération, forces. Les grandes découvertes d’Isaac Newton.

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Pour lire la suite:  L’énergie – 2 – Unité d’énergie 

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