Notions de base en métrologie

1.      Généralités

La métrologie est la science de la mesure associée à l’évaluation de son incertitude. Mesurer une grandeur physique consiste à lui attribuer une valeur quantitative en prenant pour référence une grandeur de même nature appelée unité. Il est courant de dire que « mesurer c’est comparer ».

La métrologie intervient dans plusieurs domaines. En effet, les résultats des mesures servent à prendre des décisions diverses. On en cite par exemple :

-          Acceptation d’un produit (mesure de caractéristiques ou de performances).

-          Réglage d’un instrument de mesure.

-          Réglage d’un paramètre (contrôle d’un procédé de fabrication).

-          Validation d’une hypothèse.

-          Protection de l’environnement.

L’ensemble de ces décisions concourt à la qualité des produits ou des services.

2.      Vocabulaire de métrologie

Le vocabulaire international de métrologie VIM définit les termes suivants :

-          Mesurage : c’est l’opération qui a pour but de déterminer la valeur d’une grandeur physique.

-          Mesurande : c’est à la grandeur physique soumise à l’opération de mesurage.

-          Mesure : c’est l’évaluation d’une grandeur par comparaison à une autre grandeur de même nature prise pour unité.

Ainsi, on peut écrire : Mesure = résultat du mesurage d’un mesurande.

Le VIM définit également d’autres termes et notions clés. On en cite :

-          Étalon : réalisation de la définition d'une grandeur donnée, avec une valeur déterminée et une incertitude de mesure associée, utilisée comme référence.

Exemples :

·         Étalon de masse 1 kg avec une incertitude-type de 3 µg.

·         Résistance étalon de 100 Ω avec une incertitude-type de 1 µΩ.

-          Étalonnage : opération qui consiste à mesurer la même grandeur avec l’équipement à étalonner et l’équipement étalon et à comparer les indications des deux équipements, puis à exploiter les résultats de cette comparaison.

Exemple simplifié : On prend l’exemple de l’étalonnage d’un thermomètre. L’opération d’étalonnage commence par la mesure d’une température stabilisée par les deux instruments, le premier est à étalonner (thermomètre) et le deuxième est un étalon (thermomètre de référence accompagné d’un certificat d’étalonnage). La différence entre les deux mesures conduit trois actions possibles : correction manuelle du résultat lu, vérification du thermomètre  ou ajustage du thermomètre.

-          Chaîne de traçabilité métrologique : succession d'étalons et d'étalonnages qui est utilisée pour relier un résultat de mesure à une référence.

-          Fidélité de mesure : étroitesse de l'accord entre les indications ou les valeurs mesurées obtenues par des mesurages répétés du même objet ou d'objets similaires dans des conditions spécifiées.

-          Justesse de mesure : étroitesse de l'accord entre la moyenne d'un nombre infini de valeurs mesurées répétées et une valeur de référence.

3.      Catégories de métrologie

Différentes branches de métrologie peuvent être distinguées en fonction de leurs spécificités :

-          La métrologie scientifique : elle vise à développer et maintenir des étalons de références reconnus.

-          La métrologie industrielle : c’est la plus fréquente ; elle permet de garantir les mesures d’un processus de fabrication, souvent dans le cadre d’un système de management de la qualité.

-          La métrologie légale : elle est liée aux mesures sur lesquelles s’appliquent des exigences règlementaires.

4.      Infrastructure métrologique internationale et nationale

Au niveau international, le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) a la charge du système international d’unités (SI), clé de l’uniformité mondiale des mesures. Pour assurer cette mission, le BIPM agit dans le domaine de la métrologie scientifique pour :

-          établir les étalons fondamentaux et de conserver les prototypes internationaux,

-          effectuer la comparaison des étalons nationaux avec les étalons internationaux,

-          effectuer et coordonner les déterminations relatives aux constantes physiques fondamentales,

-          identifier les évolutions futures du système mondial de mesure.

Au niveau national, il existe en Tunisie plusieurs organismes agissant dans les différents domaines de métrologie :

-          L’Agence Nationale de Métrologie (ANM) qui intervient dans les secteurs de la métrologie scientifique, industrielle et légale.

-          Le laboratoire de métrologie de la direction générale des transmissions et de l’informatique (DEF-NAT) : Il est accrédité dans le domaine l’électricité-magnétisme et le domaine de temps-fréquence. Il est également désigné par l’ANM pour maintenir et conserver les étalons de références nationales.

-          L’Institut National de Recherche et d’Analyse Physico-Chimique (INRAP)

-          Le Laboratoire Central d’Analyses et d’Essais (LCAE).

5.      Le système international d’unité (SI)

Le Système International d’Unités a pour objet une meilleure uniformité, donc une meilleure compréhension dans l’usage général. Il s’agit du système légal d’unités en Tunisie.

Le système SI est un système cohérent d’unités qui comporte sept unités de base.

5.1.            Unités de base du SI

Grandeur	Nom de l’unité	Symbole de l’unité
Longueur	mètre	m
Masse	kilogramme	kg
Temps	seconde	s
Intensité du courant électrique	ampère	A
Température	kelvin	K
Quantité de matière	mole	mol
Intensité lumineuse	candela	cd

5.2.            Exemples de définitions des unités de base

-          Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299792458 de seconde (17^ème C.G.P.M en 1983). Il est ainsi défini par rapport à la constante physique vitesse de la lumière dans le vide. Historiquement, la première définition officielle du mètre (en 1791) valait 1/40 000 000 d’un méridien.

-          Le kilogramme est égal à la masse du prototype international du kilogramme (3^ème C.G.P.M en 1901). Actuellement, il s’agit de la seule unité dont l’étalon reste défini sous forme matérielle.

-          L’ampère est l’intensité d’un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre l’un de l’autre dans le vide, produirait entre ces conducteurs une force égale à 2×10^-7 newton par mètre de longueur.

5.3.            Unités dérivés du SI

Grandeur	Nom de l’unité	Symbole	Définition
La fréquence	hertz	Hz	s-1
La force	newton	N	Kg.m/s2
Pression/Contrainte	pascal	Pa	N/m2
Energie, travail, quantité de chaleur	joule	J	N.m
Flux énergétique, flux thermique, puissance	watt	W	J/s
Quantité d’électricité, charge électrique	coulomb	C	A.s
Tension électrique, potentiel électrique, force électromotrice	volt	V	W/A
Capacité électrique	farad	F	C/V
Résistance électrique	ohm	Ω	V/A
Conductance	siemens	S	Ω-1
Flux d’induction magnétique	weber	Wb	V.s
Densité de flux magnétique, induction magnétique	tesla	T	Wb/m2
Inductance	henry	H	V.s/A
Température Celsius	degré Celsius	°C	t = T - 273,15 t en °C ; T en Kelvin
Flux lumineux	lumen	lm	cd.sr
Éclairement lumineux	lux	lx	lm/m2
Activité d’un radionucléide	becquerel	Bq	s-1
Dose absorbée, kerma, Énergie massique	gray	Gy	J/Kg
Équivalent de dose, dose équivalente dans un organe	sievert	Sv	J/Kg

5.4.            Les préfixes SI et leur symbole

Facteur	Préfixe SI	Symbole
1024	yotta	Y
1021	zetta	Z
1018	exa	E
1015	peta	P
1012	tera	T
109	giga	G
106	mega	M
103	kilo	k
102	hecto	h
10	deca	da
10-1	deci	d
10-2	centi	c
10-3	milli	m
10-6	micro	µ
10-9	nano	n
10-12	pico	p
10-15	femto	f
1018	atto	a
10-21	zepto	z
10-24	yocto	y