Avant la stabilisation mécanique du temps par l'horloge à pendule, le temps social restait largement indexé sur des durées variables. La durée de clarté change avec les saisons : à Paris, le jour d'été dépasse seize heures, le jour d'hiver dépasse à peine huit. Les heures liturgiques romaines divisent ce jour variable en douze parts égales, donc des heures qui s'allongent et se raccourcissent au fil de l'année. La cuisson d'un repas, la durée d'une prière, le temps qu'il faut au sable pour s'écouler, le temps qu'il faut à la bougie pour brûler jusqu'à la marque : chaque mesure du temps était indexée sur un phénomène matériel singulier, qui variait selon la température, la qualité du sable, la hauteur de la flamme.
Christiaan Huygens conçoit en 1656 son horloge à pendule, construite par Salomon Coster et publiée dans Horologium en 1658. Le pendule oscille avec une période réglée par sa longueur et par la pesanteur, indépendamment du jour, de la saison, de la lumière. L'horloge impose un battement régulier, une seconde, une seconde, une seconde, détaché des phénomènes extérieurs qui organisaient jusque-là le temps social. Le temps mesuré n'est plus indexé sur un phénomène extérieur variable. Il est scandé par un oscillateur interne au dispositif.
L'horloge à quartz, développée aux Bell Labs par Warren Marrison et J. W. Horton en 1927, exploite la piézoélectricité d'un cristal taillé dont l'oscillation électrique fournit une fréquence stable. Les horloges et montres à quartz ultérieures stabiliseront notamment la fréquence de 32 768 Hz, puissance de deux aisément divisible pour produire une seconde. L'horloge atomique au césium 133, mise au point par Louis Essen au National Physical Laboratory en 1955, compte les oscillations associées à la transition hyperfine de l'atome de césium. La seconde sera ensuite définie par 9 192 631 770 périodes de cette radiation. Les meilleurs étalons atomiques rendent alors visible une instabilité que la rotation terrestre masquait.
Le diapason ne donne pas l'heure. Il donne une fréquence. Mais lorsque la fréquence devient plus stable que l'astre, elle cesse d'être un simple battement : elle devient le support du temps.
À chaque génération, l'instrument de mesure devient plus stable que le phénomène qu'il mesurait initialement.
L'inversion s'opère à un moment précis. En 1967, la 13e Conférence générale des poids et mesures redéfinit la seconde. Avant 1967, la seconde est rapportée à la rotation terrestre, 1/86 400 du jour solaire moyen. Après 1967, la rotation terrestre est rapportée à la seconde atomique. La Terre était l'étalon, les horloges l'approximaient. Le césium est l'étalon ; la Terre devient l'écart à corriger.
La conséquence est immédiatement mesurable. Les horloges atomiques ont révélé que la rotation terrestre n'est pas constante. Le frottement des marées ralentit la Terre d'environ 1,8 milliseconde par siècle. Les mouvements internes du noyau terrestre, les variations atmosphériques saisonnières, les grands séismes modifient le moment d'inertie de la planète et changent sa vitesse de rotation à des échelles de temps allant du jour au siècle. Selon les estimations NASA/JPL, le séisme de Sumatra en 2004 aurait raccourci le jour d'environ 6,8 microsecondes. Le séisme du Tōhoku en 2011, d'environ 1,8 microseconde.
Pour rattraper l'écart entre le temps atomique et la rotation terrestre, l'IERS insère périodiquement une seconde intercalaire, une seconde supplémentaire ajoutée à minuit UTC. Vingt-sept secondes intercalaires positives ont été ajoutées depuis 1972, la dernière à la fin de décembre 2016. Aucune seconde intercalaire négative n'a encore été appliquée. La Terre, qui était l'étalon, est devenue le système qu'on corrige pour le maintenir aligné avec l'instrument qui devait l'approximer.
La seconde intercalaire est le symptôme administratif de l'inversion métrologique.
Cette inversion s'est étendue à toutes les unités fondamentales du Système international. Le mètre, défini en 1799 comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, puis en 1889 par un étalon en platine iridié conservé à Sèvres, est redéfini en 1983 comme la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de seconde. La vitesse de la lumière n'est plus une constante mesurée. Elle est devenue une constante posée par définition, fixée à 299 792 458 m/s exactement. Le mètre est ce qui rend cette définition cohérente.
Le kilogramme, depuis sa redéfinition de 2019, n'est plus un cylindre de platine iridié conservé au Bureau international des poids et mesures. Il est défini par la constante de Planck h, fixée à 6,62607015 × 10⁻³⁴ kg·m²/s. Le kilogramme est l'unité qui rend cette équation opératoire, étant données la définition du mètre et celle de la seconde.
Toutes les unités SI sont désormais définies par des constantes fondamentales dont la valeur numérique est fixée par convention internationale. Aucune unité fondamentale n'est plus rapportée à un artefact matériel singulier. Le système d'unités n'est plus suspendu à un objet. Il est suspendu à un réseau de constantes, de définitions et de dispositifs de réalisation.
Doctrine
Quand un instrument devient plus stable que le phénomène qu'il mesure, il cesse d'être un outil de mesure. Il devient le référentiel qui définit ce qui est mesurable. La mesure absorbe le mesuré dans l'ordre du référentiel.
Le diapason fabrique le temps non parce qu'il crée la durée, mais parce qu'il impose le battement auquel les phénomènes doivent être rapportés.
Cette inversion n'est pas un accident historique. Elle est la trajectoire normale de tout système métrologique mature. La précision augmente jusqu'à dépasser celle du phénomène initialement pris pour étalon. Le phénomène initial devient alors un système instable que l'instrument plus précis révèle dans sa variabilité. La mesure ne change pas seulement de précision. Elle change de direction.
Vecteur ouvert
Le système n'est plus fondé sur un dehors matériel simple. Il est interdéfini : le mètre dépend de la seconde et de la vitesse de la lumière. Le kilogramme dépend du mètre, de la seconde et de la constante de Planck. La seconde dépend de la transition du césium. L'ensemble tient par la fixation conventionnelle de la valeur numérique de constantes physiques.
Quand un système d'unités n'est plus adossé à un objet extérieur, qu'est-ce qu'il mesure encore ?
