Unité astronomique : 149 597 870 700 mètres exactement

149 597 870 700 mètres. Pas une valeur mesurée la semaine dernière par un radiotélescope, mais un chiffre fixé une bonne fois pour toutes par une assemblée d'astronomes réunie à Pékin fin août 2012. Depuis, l'unité astronomique n'est plus une grandeur qu'on affine d'année en année : c'est une constante, au même titre qu'un mètre ou une seconde. Sur la plupart des pages qui l'expliquent, ce détail passe à la trappe. On vous ressort le sempiternel « environ 150 millions de kilomètres », sans jamais préciser que ce chiffre n'a plus rien d'une estimation.

L'unité astronomique vaut exactement 149 597 870 700 mètres, soit environ 150 millions de kilomètres. Depuis une résolution de l'Union astronomique internationale (UAI) adoptée fin août 2012, ce n'est plus une valeur mesurée et révisée au fil des observations, mais une longueur fixée par convention, comme le mètre ou la seconde.

Jusqu'en 2012, l'unité astronomique n'était pas une longueur qu'on écrivait en mètres et qu'on figeait. Selon la présentation de Nicole Capitaine et Bernard Guinot (Observatoire de Paris - SYRTE), donnée en 2008, elle était définie comme la longueur A pour laquelle la constante gravitationnelle de Gauss k prenait la valeur 0,017 202 098 95, quand les unités de longueur, de masse et de temps étaient respectivement l'unité astronomique, la masse du Soleil et le jour. Une définition qui tient plus de la mécanique céleste que de la métrologie : elle sortait directement des lois de Kepler sur le mouvement planétaire, pas d'un étalon physique qu'on pouvait aller vérifier en laboratoire.

Concrètement, cette valeur dépendait du modèle utilisé pour décrire les orbites du Système solaire. Meilleur modèle, meilleures données de poursuite radar sur les sondes : la valeur bougeait, légèrement, à chaque révision. Pas de quoi dérégler une mission spatiale, mais suffisamment pour gêner les métrologues qui voulaient une longueur de référence stable.

C'est la partie que la plupart des fiches expédient en une phrase. Avant l'ère spatiale, la seule façon de mesurer la distance Terre-Soleil passait par la parallaxe solaire, observée lors des rares transits de Vénus devant le disque solaire.

Deux siècles pour passer d'une fourchette de plus de deux secondes d'arc à une incertitude de 250 kilomètres. La bascule décisive, c'est le radar. Au printemps 1961, entre mars et mai, une antenne du JPL a envoyé un signal vers Vénus et l'a reçu en retour environ six minutes et demie plus tard, après un aller-retour de 113 millions de kilomètres. Le jour exact de cette première détection n'apparaît pas dans la page où la NASA documente la campagne : seule la fenêtre y figure, mars à mai 1961.

Un détail amusant en passant : en 1771, l'astronome français Lalande avait combiné les deux transits pour arriver à une estimation d'environ 153 millions de kilomètres, à un million près. Un ordre de grandeur déjà correct pour l'époque, obtenu à l'œil et au calcul, bien avant qu'on sache pointer une antenne radar vers une planète, et bien avant qu'on sache mesurer aussi précisément la distance qui nous sépare de la Lune, pourtant beaucoup plus proche.

Cette chasse à la précision n'a rien d'anecdotique pour qui s'intéresse aux coordonnées célestes et à la façon dont on les mesure : la parallaxe solaire est le même principe géométrique qui sert à situer une étoile proche, juste appliqué au Soleil plutôt qu'à une source lointaine.

Une précaution s'impose sur ce qui suit. Le texte adopté de la résolution B2 de 2012 n'a pas pu être consulté dans une version officielle stable en ligne, et l'homonymie est un piège : l'assemblée de 2015 a voté une autre résolution B2, sur les magnitudes bolométriques, que l'on retrouve souvent en ligne à la place de celle de 2012. L'exposé des motifs donné ici vient donc de la présentation de Capitaine et Guinot en 2008, quatre ans avant l'adoption : c'est la motivation des auteurs de la proposition, pas une citation du texte final voté par l'assemblée.

Leur argument : l'ancienne définition, fondée sur la constante de Gauss k, supposait implicitement que la masse du Soleil restait constante. En fixant l'unité astronomique en mètres, et en laissant la masse du Soleil (via le produit GM) comme grandeur mesurée plutôt que fixée, la nouvelle approche fait apparaître directement toute variation éventuelle de cette masse, ou de la constante gravitationnelle G elle-même. Une cohérence recherchée avec le cadre relativiste que l'UAI avait déjà adopté pour les référentiels célestes, dans des résolutions antérieures de 1991, 2000 et 2006.

La date exacte d'adoption, je ne sais pas trancher avec certitude : l'Observatoire de Paris - PSL indique le 30 août 2012, une autre source cite le 31 août 2012 en s'appuyant sur le texte même de la résolution. Je retiens donc « fin août 2012 », sans arbitrer entre les deux.

La résolution de 2012 comporte une clause sur les symboles, qui recommande « au » en minuscules comme abréviation officielle. Le texte n'ayant pas pu être consulté dans une version officielle en ligne, cette clause est ici rapportée d'après les sources secondaires, pas citée. Dans la pratique francophone, pourtant, c'est « ua » qui reste l'abréviation la plus répandue : l'IMCCE l'utilise encore dans ses fiches pédagogiques. Ce n'est pas une erreur, plutôt un usage qui n'a jamais totalement suivi la recommandation internationale, un peu comme certaines unités qu'on continue d'écrire à l'ancienne par habitude éditoriale plutôt que par ignorance de la norme. Le même genre de flottement existe pour d'autres échelles de mesure du ciel, comme celle qui sert à comparer l'éclat réel et apparent des étoiles, où deux conventions cohabitent aussi depuis des décennies.

Et puisqu'on parle de décalage entre la mesure et l'unité qui la porte : le même genre de nuance existe pour l'effet Doppler en astronomie, où confondre deux phénomènes voisins fausse l'interprétation de toutes les distances cosmiques qu'on en déduit. L'unité astronomique, elle, sert de brique de base à ces calculs à plus grande échelle.

Mon verdict sur cette histoire : pas franchement spectaculaire comme mise à jour de définition, mais c'est exactement le genre de changement qui ne fait jamais la une et qui, pourtant, change la manière dont on calcule chaque distance dans le Système solaire. La prochaine fois qu'une fiche vous ressort « environ 150 millions de kilomètres » sans plus de précision, vous saurez qu'il manque la moitié de l'histoire : celle d'un chiffre qu'on a longtemps chassé, et qu'on a fini par figer.

Qu'est-ce que l'unité astronomique, exactement ?#

C'est une unité de longueur utilisée en astronomie, valant exactement 149 597 870 700 mètres depuis une résolution de l'UAI adoptée fin août 2012. Avant cette date, elle correspondait approximativement à la distance moyenne Terre-Soleil, mais sa valeur précise dépendait du modèle de mécanique céleste utilisé.

Pourquoi l'unité astronomique n'est-elle plus mesurée depuis 2012 ?#

Parce que l'UAI a choisi de la fixer par convention plutôt que de continuer à la faire dépendre d'un modèle gravitationnel révisable. Selon la présentation de Capitaine et Guinot (2008), qui expose la motivation de ce changement, cela permet de faire apparaître directement toute variation de la masse du Soleil ou de la constante gravitationnelle, plutôt que de la masquer dans la définition de l'unité elle-même.

Comment mesurait-on l'unité astronomique avant les sondes spatiales ?#

Par la parallaxe solaire, observée lors des rares transits de Vénus devant le Soleil (1761, 1769, puis 1874 et 1882). Les réductions d'Encke en 1822 puis 1835, à partir des données de 1761 et 1769, avaient déjà approché la valeur actuelle avec une parallaxe de 8,571″ ± 0,037″. Il a fallu attendre l'écho radar sur Vénus en 1961-1962 pour franchir un cap de précision décisif.

Faut-il écrire "au" ou "ua" pour l'unité astronomique ?#

La résolution de l'UAI de 2012 recommande officiellement « au », en minuscules, d'après les sources secondaires qui la citent : son texte officiel n'a pas pu être consulté en ligne. Dans la littérature francophone, « ua » reste toutefois l'abréviation la plus courante, notamment dans les fiches pédagogiques de l'IMCCE.

La nouvelle définition a-t-elle été adoptée le 30 ou le 31 août 2012 ?#

Les sources divergent : l'Observatoire de Paris - PSL indique le 30 août 2012, tandis qu'une autre source cite le 31 août 2012 en s'appuyant sur le texte de la résolution. Le plus honnête est de parler d'une adoption « fin août 2012 », sans trancher entre les deux dates au jour près.

Image : le transit de Vénus du 5 juin 2012 devant le disque solaire, capté par le satellite SDO. C'est le dernier transit d'une paire dont les précédents, en 1761 et 1769, ont servi aux premières mesures sérieuses de la parallaxe solaire, et donc de l'unité astronomique. Crédit : NASA, Solar Dynamics Observatory. Contenu NASA, non soumis au copyright aux États-Unis.

• Observatoire de Paris - PSL, "The new definition of the astronomical unit"
• IMCCE, "La mesure de la parallaxe solaire"
• IMCCE (VT2004), fiche n°27c, "Les unités de longueur et l'unité astronomique"
• Capitaine et Guinot, "The astronomical units", Journées 2008, Dresde
• NASA/JPL, "March 1961: Antennas Conducted Radar Experiments"
• Wikipédia FR, "Transit de Vénus de 1769"
• Wikipédia EN, "Astronomical unit"