| Référence | Mètres (m) | Nanomètres (nm) |
|---|---|---|
| A sheet of A4 paper (long side) | 0.297 m | 297000000 nm |
| Average adult human height | 1.7 m | 1.7 × 109 nm |
| A football pitch (length) | 105 m | 1.05 × 1011 nm |
| A marathon | 42195 m | 4.2195 × 1013 nm |
| Height of Mount Everest | 8849 m | 8.849 × 1012 nm |
Le mètre est l’unité de base de longueur du Système international d’unités ; son symbole est m. Toutes les autres unités de longueur du SI se définissent comme des multiples ou des fractions du mètre, et les unités de surface, de volume, de vitesse et bien d’autres en découlent à leur tour.
Sa définition a été révisée à quatre reprises, chaque révision remplaçant un objet matériel par une référence plus reproductible. L’Académie des sciences proposa en 1791 que le mètre soit la dix-millionième partie de la distance séparant le pôle Nord de l’équateur le long du méridien passant par Paris. La mesure de cet arc demanda six années et comporta une légère erreur, la Terre n’étant pas une sphère parfaite. En 1889, la définition reposa sur une barre de platine iridié conservée à Sèvres, près de Paris, dont des copies furent réparties entre les États signataires. En 1960, le mètre fut redéfini comme 1 650 763,73 longueurs d’onde de la lumière orangée émise par le krypton 86.
La définition actuelle date de 1983 et présente la particularité de fixer une autre grandeur. La vitesse de la lumière dans le vide est fixée à exactement 299 792 458 mètres par seconde, et le mètre en découle : c’est la distance parcourue par la lumière en 1/299 792 458 de seconde. La vitesse de la lumière n’est donc plus mesurée ; c’est une constante définie, et les progrès de la métrologie affinent désormais le mètre, non la vitesse.
L’unité sert dans le monde entier à exprimer les dimensions des bâtiments, les pistes d’athlétisme, les bassins de natation, la profondeur de l’eau, les tissus et les cordages. Seuls quelques pays conservent les unités impériales pour l’usage courant, et le mètre y domine malgré tout les sciences et la médecine.
Quelques repères du quotidien aident à se représenter l’échelle. Une porte intérieure standard mesure environ deux mètres de haut. L’enjambée d’un adulte avoisine les trois quarts de mètre, ce qui fait du comptage des pas une estimation de distance acceptable. La largeur d’une voie de circulation se situe entre trois et trois mètres cinquante dans la plupart des pays.
Un mètre équivaut à 100 centimètres, 1000 millimètres ou 0,001 kilomètre. Cela représente environ 3,28084 pieds, soit 39,3701 pouces.
Le nanomètre est le milliardième du mètre. Il se forme en appliquant au mètre le préfixe SI nano, qui vaut 10-9, et s’écrit nm. Le préfixe vient du grec nanos, qui signifie nain.
C’est l’échelle de travail de l’optique et de l’électronique modernes. La lumière visible s’étend d’environ 380 nm du côté violet à 750 nm du côté rouge, ce qui fait du nanomètre l’unité usuelle pour décrire la couleur en termes physiques. Un pointeur laser émettant à 532 nm est vert ; à 650 nm, il est rouge. L’ultraviolet se situe en dessous de 380 nm et l’infrarouge au-dessus de 750 nm.
La biologie y recourt en permanence. La double hélice de l’ADN mesure environ 2 nm de large. Un virus courant fait entre 20 et 300 nm. Les membranes cellulaires ont une épaisseur d’environ 7 nm. Ces dimensions se situent sous la résolution des microscopes optiques classiques, limitée par la longueur d’onde de la lumière elle-même à quelque 200 nm.
La fabrication des semi-conducteurs a fait connaître le nanomètre en dehors des sciences. Les nœuds de gravure ont été désignés par 90 nm, 45 nm, 14 nm, 5 nm et moins encore. Ce chiffre ne correspond plus à aucune dimension mesurable précise sur la puce : il est devenu une appellation commerciale plutôt qu’une grandeur physique, même si les structures sous-jacentes se comptent bien en nanomètres. La grille d’un transistor moderne fait quelques dizaines d’atomes de large.
La nanotechnologie tire son nom de l’unité et couvre par convention les structures comprises entre 1 et 100 nm. Les matériaux s’y comportent souvent différemment, car les effets de surface l’emportent alors sur les propriétés de la masse.
Mesurer à cette échelle exige des instruments qui ne reposent pas sur la lumière visible. Les microscopes électroniques résolvent des détails inférieurs au nanomètre grâce à des électrons, dont la longueur d’onde effective est bien plus courte que celle de la lumière. Les microscopes à force atomique procèdent autrement : ils traînent une pointe fine sur la surface et enregistrent sa déflexion. Tous deux ont été déterminants pour l’essor des nanotechnologies, car un domaine progresse difficilement tant que son objet demeure invisible.
Un nanomètre équivaut à 10 ångströms, 1000 picomètres ou 0,001 micromètre. Une feuille de papier fait environ 100 000 nm d’épaisseur.