Le Système international d'unités (abrégé en SI) est le système décimal international d'unités de mesure adopté officiellement en 1960, dérivé du système métrique institué en France en 1795. Il constitue le système d'unités légal dans la plupart des pays du monde. Le Bureau international des poids et mesures (BIPM), rassemblant des délégués des États membres de la Convention du Mètre, créée le 20 mai 1875, en est le garant et décide de son évolution, tous les quatre ans, à Paris. Depuis sa création, le SI a évolué pour accompagner les progrès scientifiques et technologiques, notamment par une révision majeure en 2018, qui définit les sept unités de base à partir de constantes physiques fondamentales.
Le SI comprend un système cohérent d'unités de mesure commençant par sept unités de base, qui sont la seconde (symbole s, unité de temps), le mètre (m, longueur), le kilogramme (kg, masse), l'ampère (A, courant électrique), le kelvin (K, température thermodynamique), la mole (mol, quantité de matière) et la candela (cd, intensité lumineuse). Le système peut accueillir des unités cohérentes pour un nombre illimité de grandeurs supplémentaires. Celles-ci sont appelées unités dérivées cohérentes, qui peuvent toujours être représentées comme des produits de puissances des unités de base. Vingt-deux unités dérivées cohérentes ont reçu des noms et des symboles spéciaux. Les sept unités de base et les 22 unités dérivées cohérentes portant des noms et des symboles spéciaux peuvent être utilisées en combinaison pour exprimer d'autres unités dérivées cohérentes. Étant donné que les tailles des unités cohérentes ne conviennent qu'à certaines applications et pas à d'autres, le SI fournit 24 préfixes qui, ajoutés au nom et au symbole d'une unité cohérente, produisent 24 unités SI supplémentaires (non cohérentes) pour la même grandeur ; ces unités non cohérentes sont toujours des multiples et sous-multiples décimaux (c'est-à-dire des puissances de dix) de l'unité cohérente.
Devant la profusion des unités de poids et mesures existant dans tous les pays d'Europe au Moyen Âge, un mouvement se dessine dès le milieu du XVIe siècle pour trouver une mesure universelle au sens de « commune aux peuples européens ». Deux voies sont possibles, soit la longueur du pendule battant la seconde, soit un nouveau système décimal de mesure basé sur la circonférence de la Terre. Ce dernier l’emporte et la loi du 18 germinal an III (7 avril 1795) institue le système métrique décimal, s'appuyant sur l’unité de longueur, définie comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, et l’unité de masse, qui en est déduite comme celle d’un décimètre cube d’eau distillée. Une valeur provisoire est donnée au mètre, exprimée en toises, puis définitive en 1799, après la mesure d'un arc de méridien entre Dunkerque et Barcelone entreprise par Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, entre 1792 et 1799.
Le système métrique, bien que conçu par des savants, était essentiellement à l'usage du grand public. Des systèmes d'unités parallèles destinés à un usage scientifique se sont développés. Il s’agit d’abord de systèmes tridimensionnels, comme les systèmes CGS (en électricité), MKS (en mécanique) ou MTS en France. Des sous-systèmes sont ensuite apparus : CGS électrostatique (centimètre, gramme, seconde et franklin), CGS électromagnétique (centimètre, gramme, seconde et biot) ou MKSA de Giovanni Giorgi (mètre, kilogramme, seconde et ampère). En 1875, une conférence internationale se réunit à Paris, sanctionnée par la signature de la convention du Mètre qui crée un Bureau international des poids et mesures et permet la réalisation des prototypes internationaux des mètre et kilogramme, et accompagne les besoins des différentes branches scientifiques pour faire évoluer et converger les divers systèmes d’unités vers un système unifié et cohérent créé en 1960. Des unités sont redéfinies après 1960 pour tenir compte des différents progrès de la science. En 2018 intervient une refonte complète du système, où toutes les unités sont désormais exprimées en fonction des constantes fondamentales.
Nomenclature du système international d'unités
Selon le Vocabulaire international de métrologie (VIM), le Système international d'unités est basé sur le Système international des grandeurs (ISQ, pour International System of Quantities) (longueur, masse, temps, courant électrique, température thermodynamique, quantité de matière et intensité lumineuse), leurs noms et symboles, y compris une série de préfixes, ainsi que les règles relatives à leur utilisation, adopté par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM). Il comprend un ensemble d'unités de base, d'unités dérivées et de multiplicateurs à base décimale qui sont utilisés comme préfixes. La Conférence générale des poids et mesures, rassemblant des délégués des États membres de la Convention du Mètre, décide de leur évolution et se réunit tous les quatre ans à Paris depuis 1971, hormis en 2014 où, de façon exceptionnelle, la 25e réunion de la CGPM a lieu trois ans après la 24e réunion (2011).
Le SI est cohérent, constitué de peu d'unités de base, distinctes, indépendantes et qui peuvent être reproduites et réalisées partout dans le monde, et d'unités dérivées obtenues en combinant les unités de base, sans constantes multiplicatives.
La norme internationale ISO 80000-1:2022 décrit les unités du Système international et les recommandations pour l'emploi de leurs multiples et de certaines autres unités.
Le Système international est défini à partir de sept constantes fondamentales choisies. À partir des valeurs fixées de ces sept constantes, exprimées en unités SI, il est possible de déduire toutes les unités du système. La valeur numérique de chacune des sept constantes définissant le SI n’a pas d’incertitude. Les sept constantes définissant le SI sont les suivantes.
Lors de la 26e CGPM (2018), le SI a été révisé. À compter du 20 mai 2019, le SI est le système d'unités dans lequel sept constantes physiques ont des valeurs fixes. Ces sept constantes fondamentales sont la fréquence de transition hyperfine du césium 133, la vitesse de la lumière dans le vide, la constante de Planck, la charge élémentaire, la constante de Boltzmann, la constante d'Avogadro et l'Efficacité lumineuse, telles que définies dans l'édition actuelle de la Brochure SI publiée par le Bureau international des poids et mesures (BIPM) et disponible sur le site web du BIPM. À partir de ces constantes et de leurs valeurs, et conformément à l'ISQ, les définitions des unités de base du SI sont déduites :
Les unités dérivées dans le SI sont formées par les puissances, les produits ou les quotients des unités de base et sont potentiellement illimitées en nombre. Les unités dérivées sont associées à des grandeurs dérivées ; par exemple, la vitesse est une grandeur dérivée des grandeurs de base du temps et de la longueur, et l'unité SI dérivée est donc le mètre par seconde (symbole m/s). Les dimensions des unités dérivées peuvent être exprimées en fonction des dimensions des unités de base.
Des combinaisons d'unités de base et d'unités dérivées peuvent être utilisées pour exprimer d'autres unités dérivées. Par exemple, l'unité SI de force étant le newton (N) et celle d'énergie le joule (J), l'unité SI de pression, le pascal (Pa), est identique au newton par mètre carré (N/m2) et au joule par mètre cube (J/m3).
Des préfixes officiels permettent de désigner les unités multiples et sous-multiples d'une unité. Par exemple, le sous-multiple du mètre valant 0,01 m est appelé centimètre (symbole cm) puisque le préfixe correspondant à 10−2 est centi-.
Unités hors SI acceptées pour être utilisées avec le SI
Le SI fournit la référence internationalement reconnue à partir de laquelle toutes les autres unités sont définies. Les unités SI cohérentes présentent l'avantage important de ne pas nécessiter de conversion lorsque des valeurs particulières sont insérées dans des équations de grandeurs. Il est toutefois reconnu que certaines unités hors SI sont largement utilisées et devraient continuer à l'être pendant de nombreuses années. Par conséquent, le CIPM a accepté certaines unités non SI pour être utilisées avec le SI.