Une histoire des systèmes de mesure redécouverte grâce à une angioplastie coronaire

Le jargon technique, ou plutôt le technolecte utilisé pour décrire cette intervention, est incompréhensible pour le profane (voire pour le cardiologue), car il fait appel à 4 systèmes différents d’unités de longueur. Voici leur histoire. Le système impérial britannique Le système impérial britannique est le système traditionnel de poids et mesures utilisé depuis des siècles par la Grande-Bretagne et standardisé officiellement en 1824. Le système coutumier américain de poids et mesures en est dérivé. Le système impérial britannique a évolué à partir des milliers d’unités romaines, celtes, anglosaxonnes et coutumières locales employées au Moyen-Âge. Le pouce (inch, abréviation in ou ’’) équivaut à 25,4 mm. Il a été défini officiellement comme 3 grains d’orge (barleycorn). Ses multiples sont le pied (foot) qui vaut 12 pouces et la verge (yard) qui vaut 3 pieds, donc 36 pouces. Dans l’industrie médicale, c’est surtout le millième de pouce (thou) qui est utilisé. Il équivaut à 25,4 microns. Le nom inch et ce système dérivent du système d’unités de mesure romain : un pouce (uncia) éait défini comme 1/12e de pied (pes, qui valait à 296 mm), soit 24,6 mm. Le système romain était dérivé du système grec (lui-même hérité des systèmes mésopotamien et égyptien), dont de nombreuses unités de longueur étaient nommées d’après des parties du corps (coudée, pied, largeur de doigt). L’unité de longueur de référence des Mésopotamiens et des égyptiens était la coudée, basée sur la longueur de l’avant-bras, du coude à l’extrémité du majeur, tandis que les Grecs et les Romains lui préféraient le pied. En 1916, l’archéologue allemand Eckhard Unger identifia et décrivit un étalon de mesure de longueur retrouvé peu auparavant lors des fouilles à Nippour, le lieu de culte principal du grand dieu sumérien Enlil, considéré comme le seigneur du cosmos, donc un des principaux centres religieux du pays de Sumer et d’Akkad dans la Haute Antiquité. Cette « coudée de Nippour » date du début du IIIe millénaire. C’est le plus ancien spécimen connu d’un instrument de mesure gradué (figure 1). Cette coudée est considérée aujourd’hui comme « mesure-mère » de toutes les mesures de l’Antiquité. Elle valait environ 518,5 mm. Utilisant le système sexagésimal, les Sumériens divisaient la coudée (koush) en pieds (shoudoua, 2/3 de coudée) et en doigts (shousi, 1/30e de coudée). Chez les égyptiens, la coudée royale (meh nesout, environ 525 mm) était divisée en 28 doigts (teba, 18,75 mm), un pied (djeser, 300 mm) valant 16 doigts. Figure 1. Étalon de Nippour (IIIe millénaire), musée archéologique d’Istanbul. En latin, uncia signifiait la 12e partie d’un tout. Pourtant, son étymologie n’a rien à voir ni avec le travers de pouce (pollex tranversus), ni avec le nombre 12. Elle viendrait du mot ουγκιa/oungkia, que les Grecs d’Himère, en Sicile, avaient formé à partir d’oγκος/ongkos, qui signifie masse, volume, corps, grosseur, poids(1). D’ongkos vient également le terme : oncologie. C’était une innovation par rapport au système de mesure de la Grèce Antique, dont le pied (ποuς/pous), était divisé en 16 travers de doigt (δaκτυλος/daktylos, 19,3 mm). L’uncia était aussi une unité de masse, l’once, qui valait 1/12 de livre (libra) et une pièce de monnaie de bronze ou de cuivre, qui valait 1/12 d’as. Le mot anglais inch (du vieil anglais : ynce) vient d’un emprunt précoce au latin uncia. Le changement phonétique a porté sur la voyelle (passage du latin u au vieil anglais y puis à l’anglais i par mutation-i ou umlaut, fréquente dans les langues germaniques) et sur la consonne (palatalisation du k en tch). Au contraire, son doublet l’once anglaise (ounce), unité de masse qui vaut 1/12e de livre (pound), a gardé un nom proche du nom latin uncia, car l’emprunt s’est fait plus tardivement, à l’époque du moyen anglais, via l’anglo-normand et le moyen français unce. L’inch est cité pour la première fois dans la Loi d’Æthelberht, écrite en vieil anglais au tout début du VIIe siècle. C’est le premier code juridique en langue germanique et le plus ancien document écrit en anglais. La gauge Tout médecin qui a utilisé des aiguilles s’est interrogé un jour ou l’autre sur la signification du terme « gauge », en abrégé G. Ce nom est dérivé du mot français « jauge », « nom de divers instruments qui servent à prendre des mesures, à déterminer le volume d’un corps quelconque », mot attesté depuis le XIIIe siècle (Littré). Les gauges (prononcer « gueille-dj ») sont de vieilles unités de mesure d’épaisseur. Une gauge n’est pas une unité de longueur, mais une norme comparative, une mesure relative, un ensemble de tailles. Elle est née il y a plusieurs siècles dans l’industrie des fils métalliques de fer et d’acier à une époque où il n’y avait pas d’unité universelle de longueur. Le filage était connu en Bavière dès 1200. Il repose sur le principe de l’extrusion, procédé de fabrication mécanique par lequel un matériau compressé est contraint de traverser une filière ayant la section de la pièce à obtenir. Une plaque de fer était coupée en bandes, qui étaient roulées et martelées pour former des barres. La barre était passée à travers un trou conique dans une filière ou buse, plaque très dure percée d’au moins un trou. Après traitement thermique, le fil obtenu pouvait être passé à travers un autre trou plus étroit de la filière pour produire un fil plus fin, et ainsi de suite. Les nombreuses gauges des industriels ont été standardisées au XIXe siècle : • La gauge de Holtzapffel et Stubs (1847), d’origine britannique a été adoptée par les Etats-Unis sous le nom de Birmingham Wire Gage. • La British Standard Wire Gauge a été définie en 1883. Le processus de filage commen9ait avec la gauge numéro 1, un fil de 0,300 in, soit 7,62 mm de diamètre. Après le 1er filage, donc la 1re réduction de calibre, on obtenait la gauge numéro 2, après le 2e, la gauge numéro 3 et ainsi de suite. Avec l’amélioration de la qualité du métal et des techniques d’énergie hydraulique, il devint possible d’obtenir des fils plus fins de numéros de gauge encore plus élevés. Ceci explique pourquoi les numéros de gauge les plus élevés correspondent aux plus petites tailles. La séquence des tailles d’une gauge n’est pas linéaire et peut être approximativement exprimée par la formule : épaisseur en mm = 7,62 x 0,897(numéro de jauge – 1). C’est une courbe de décroissance exponentielle avec une diminution d’environ 10 % d’un numéro de gauge au suivant. Le pourcentage de réduction à chaque filage dépend de la force de cohésion ou force de Van der Waals. Le fil casse quand la force de cohésion du fil résultant est égale à la force de cohésion qui doit être surmontée pendant la réduction. Cela aurait été le cas avec réduction de diamètre de 30 % parce qu’alors la diminution absolue de la surface de coupe du fil (environ 50 % de la surface de départ) aurait été identique à la surface de coupe du fil à obtenir. En médecine, la gauge spécifie le diamètre extérieur des aiguilles hypodermiques, des cathéters veineux (figure 2), des canules et des fils de suture(2,3). Elle a été adoptée en médecine au début du XXe siècle à partir des gauges de l’industrie métallurgique. Pour les aiguilles hypodermiques, la gauge débute avec l’aiguille la plus grosse (7G = 4,572 mm) et se termine avec la plus petite (34 G = 0,1842 mm). Elles sont facilement identifiables par la couleur de leur connecteur Luer (par exemple vert pour la 21 G ou orange pour la 25 G) (figure 3). Figure 2. Cathéters intraveineux périphériques du 22 au 16 gauge (G). Figure 3. Aiguilles hypodermiques du 26 G au 19 G sur leurs connecteurs Luer de différentes couleurs. La Charrière Joseph-Frédéric-Benoît Charrière (figure 4) était un jeune artisan suisse du comté de Gruyère. Charrière habite à Paris dès ses 13 ans, quand il entre en apprentissage chez un fabricant de couteaux. A l’âge de 17 ans, il établit une société de fabrication d’instruments chirurgicaux qui comptera jusqu’à 400 employés(4). Il devient le fournisseur personnel de Guillaume Dupuytren. Figure 4. Joseph-Frédéric-Benoît Charrière (1803-1876). In : Octave Pasteau, Les instruments de chirurgie urinaire en France (Paris, Boulange), 1914. En 1842, il invente un système de calibrage des instruments urologiques, endoscopes et cathéters basé sur leur circonférence, qui porte son nom(5). Un cathéter d’une Charrière (Ch) correspondait à une circonférence d’1 mm. Dans les pays anglophones, on trouva que le nom « Charrière » était difficile à prononcer. On adopta plutôt le nom « French » du fait de sa nationalité. On parle simplement de « French Catheter Scale » et l’unité est nommée le French, en abrégé F ou Fr (figure 5). En pratique, 1 French = 1/3 de mm. On parle par exemple de cathéter ou d’introducteur 6 F pour désigner un dispositif de 2 mm de diamètre extérieur (d) (figure 6). D’après l’équation basique C = πd, la circonférence (C) du cathéter en mm est légèrement (environ 4,7 %) plus grande que la taille en French. Il aurait été plus exact de définir un French comme 1 mm/π. En France, le diamètre des sondes urinaires vésicales est toujours calibré en Charrières. Figure 5. Échelle des cathéters en French, millimètres et pouces (in). Figure 6. Introducteurs artériels 6 F (vert), 7 F (orange) et 8 F (bleu ciel) (Laboratoires Terumo). Le système international d’unités (si), forme moderne du système métrique français C’est le mathématicien, physicien et ingénieur flamand Simon Stevin qui introduisit les fractions décimales (déjà utilisées par les Chinois et les Perses) comme méthode courante de calcul en 1585. Il fut si conscient de l’importance de cette contribution qu’il déclara que l’utilisation universelle du système décimal était inéluctable. Mais l’histoire du système métrique débute véritablement en 1668 en Grande-Bretagne. Dans An Essay towards a Real Character and a Philosophical Language, l’évêque anglican, John Wilkins proposa un langage universel ainsi qu’un système intégré de mesure. Son idée d’une mesure universelle (universal measure) ne fut pas adoptée à l’époque. L’unité de longueur étalon qu’il proposait était définie comme la longueur d’un pendule de demi-période égale à une seconde ; cette longueur (994 mm) est extrêmement proche de la définition moderne du mètre. En 1675, l’inventeur, architecte, égyptologue, scientifique, fabricant d’instruments, voyageur et ingénieur italien Tito Livio Burratini publia son ouvrage Misura Universale, dans lequel il renomma l’unité de mesure universelle proposée par John Wilkins « metro cattolico », c’est-à-dire « mètre universel », du grec μeτρον/metron, mesure. La Révolution Française fournit l’occasion de poursuivre l’idée de remplacer la confusion des centaines d’unités de mesure différentes par un système rationnel basé sur des multiples de 10. En 1789, la plupart des cahiers de doléances demandaient cette uniformisation des poids et mesures : l’incohérence et la multiplicité des anciens systèmes étaient l’œuvre de la féodalité. L’instauration d’un système de poids et mesures unique à travers tout le pays fut immédiatement perçue par l’Assemblée Nationale Constituante comme un moyen puissant d’unifier la nation. De plus, suivant en cela l’esprit d’universalité des Lumières, cette Assemblée souhaitait que ce nouveau système de poids et mesures puisse être adopté par tous les pays et soit tellement parfait qu’il ait une valeur éternelle. Pour cela, il fallait que le nouveau système de poids et mesures soit basé sur une unité ayant un caractère universel qui ne puisse être remis en question par aucun peuple de la terre et que cette unité soit déterminée avec suffisamment de précision pour qu’elle reste valable dans les temps à venir(6). Le 16 février 1791, sur la proposition du chevalier Jean-Charles de Borda, une commission chargée de fixer la base de l’unité des mesures est constituée. La commission, composée de Borda, Condorcet, Laplace, Lagrange et Monge doit opérer son choix entre trois références possibles : la longueur du pendule simple à secondes à la latitude de 45°, la longueur du quart du cercle de l’équateur, ou enfin la longueur du quart du méridien terrestre. Alors que le pendule battant la seconde présentait l’inconvénient de faire intervenir des durées, et de varier selon les points du globe, le méridien apparaissait comme la solution la plus simple à calculer et la plus universelle. Le 26 mars 1791 naissait le mètre, dont la longueur était établie comme égale à la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre. Le mètre concrétisait l’idée d’une unité qui dans sa détermination, ne renfermait rien ni d’arbitraire ni de particulier à la situation d’aucun peuple sur le globe. Mais il restait encore à établir la longueur exacte du méridien, ce qui donna lieu à une véritable épopée pour les géodésiens chargés de cette mission, Pierre- François Méchain et Jean-Baptiste Delambre. A eux seuls, ces deux hommes vont se charger des opérations de triangulation qui lieront leur nom pour la postérité à cette nouvelle mesure du méridien. Ces travaux prirent près de 7 ans et les conduisirent le long du méridien de Paris, de Dunkerque à Barcelone. C’est en utilisant le système de la triangulation que les scientifiques du XVIIIe siècle sont parvenus à déterminer une longueur d’un quart de méridien, dont la dix-millionième partie donne la valeur du mètre. Le système métrique décimal est alors institué le 18 germinal an III (7 avril 1795) par le décret relatif aux poids et mesures : « Les nouvelles mesures seront distinguées dorénavant par le surnom de républicaines ; leur nomenclature est définitivement adoptée comme il suit : On appellera : • Mètre, la mesure de longueur égale à la dix-millionième partie de l’arc du méridien terrestre compris entre le pôle boréal et l’équateur. • Are, la mesure de superficie, pour les terrains, égale à un carré de dix mètres de côté. Stère la mesure destinée particulièrement aux bois de chauffage, et qui sera égale au mètre cube. • Litre, la mesure de capacité, tant pour les liquides que pour les matières sèches, dont la contenance sera celle du cube de la dixième partie du mètre. • Gramme, le poids absolu d’un volume d’eau pure égal au cube de la centième partie du mètre, et à la température de la glace fondante. • Enfin, l’unité des monnaies prendra le nom de franc, pour remplacer celui de livre usité jusqu’aujourd’hui. » Il s’agit d’un bouleversement majeur des pratiques humaines. La décimalisation introduisait une véritable révolution dans le calcul des surfaces et des volumes. Tout passage d’une surface multiple à un sous-multiple, et vice versa, s’opère par simple glissement de la virgule décimale de deux rangs, de trois rangs s’il s’agit de volume. Des préfixes grecs furent choisis pour les multiples de 10 : déca (10), hecto (100), kilo (1 000), myria (10 000) et des préfixes latins pour les sous-multiples : déci (1/10), centi (1/100), milli (1/1 000). Pour l’usage courant, les premiers étalons du mètre et du kilogramme furent fabriqués en platine en 1799, furent déclarés étalons légaux pour toutes les mesures en France et déposés aux Archives de la République, dédiés « à tous les hommes et à tous les temps ». Recommandé par les savants du monde entier, le système métrique fut peu à peu adopté dans d’autres pays. En 1875, 17 états signèrent la Convention du Mètre et créèrent le Comité international des poids et mesures (CIPM), chargé d’assurer l’uniformité des mesures physiques dans le monde. Au cours du XXe siècle, notamment dans les années soixante, les innovations scientifiques s’accommodaient assez mal de la définition primaire du mètre. En effet, l’étalon de platine n’était pas adapté aux mesures précises de l’infiniment petit. En 1960, la 11e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) redéfinit le mètre comme 1 650 763,73 longueurs d’onde d’une radiation orangée émise par l’isotope 86 du krypton. La 17e CGPM de 1983 redéfinit la valeur du mètre comme étant la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde. Conclusion Les quatre systèmes de mesure de longueur utilisés au cours d’une intervention coronaire percutanée témoignent d’une histoire plurimillénaire. - Le système international (métrique français) est utilisé pour préciser la longueur de l’introducteur artériel, des guides et des cathéters, la forme du cathéter-guide EBU 4 (distance de 4 cm entre les courbures primaire et secondaire), la taille de la fraise d’athérectomie rotative et les dimensions des ballonnets et des stents. - Le French (F), qu’il serait plus légitime d’appeler la Charrière (Ch), comme on le fait en France pour les sondes urinaires vésicales, est un dérivé très pratique du système métrique (il est plus simple de demander un cathéter 5 F qu’un cathéter de 1,67 mm). - Le système de jauge de Birmingham (G) semble contre-intuitif, mais permet de préciser le diamètre externe d’une aiguille en n’utilisant que 2 chiffres. En outre, l’identification des aiguilles par la couleur de leur connecteur Luer est très pratique. - En revanche, le système impérial britannique, qui remonte à la nuit des temps, devrait être abandonné au profit du système international. En effet, faute d’expérience, comment un opérateur pourrait-il être sûr que sa fraise de Rotablator de 1,75 mm pourra bien entrer dans le cathéter-guide 6 F de diamètre interne 0,071’’ ? Enfin, rappelons que l’article R643-2 du Code Pénal français prévoit que : - « L’utilisation de poids ou mesures différents de ceux qui sont établis par les lois et règlements en vigueur est punie de l’amende prévue pour les contraventions de la 3e classe. - Les personnes coupables de la contravention prévue au présent article encourent également la peine complémentaire de confiscation de la chose qui a servi ou était destinée à commettre l’infraction ou de la chose qui en est le produit. »