La Métrologie

La métrologie est la « science des mesures et ses applications . Elle « comprend tous les aspects théoriques et pratiques des mesurages, quels que soient l'incertitude de mesure et le domaine d'application .

Problématique • une mesure (essai ou analyse) est effectuée pour prendre une

décision.

• mesurer la glycémie décision du médecin : prescrire un traitement ou pas), • contrôler la qualité d'un produit décision : le livrer au client ou pas • mesurer le volume de carburant décision : le prix à facturer

• vous n'êtes pas diabétique, mais à cause d'un résultat erroné, votre médecin vous prescrit un traitement pour diabétiques,

• un produit non conforme peut être déclaré comme étant conforme et livré au client, • le pompiste remplit votre réservoir avec 38 litres de carburant, mais le volucompteur indique 40

litres,

D'où la nécessité d'avoir des résultats de mesure fiables. Et c'est là qu'intervient cette science de la mesure.

résultat de mesure fiable

• Pour expliquer ce concept, nous allons voir ce qu'est un résultat de mesure non fiable

► Un joaillier peut-il utiliser une balance ayant une résolution de 10 grammes?

► Un fondeur (fabricant de puces électroniques) peut-il mesurer la largeur des pistes de ses circuits électroniques avec un instrument ayant une résolution de 1 millimètre ?

Non !, bien évidemment. Mais pourquoi ce non ?

• Commençons par le joaillier. un gramme d'or coûte, 450dh . Donc, si la pesée d'un bijou en or se faisait à +/- 1 gramme, l'une des deux risque de perdre, l'équivalent de cette masse, c'est-à-dire 450dh.

• Le +/- (plus ou moins) de cet exemple, en simplifiant les concepts pour rendre les choses compréhensibles, veut dire que la masse vraie du bijoux à peser se situe dans un intervalle, autour du résultat de la pesée, ayant pour demi largeur 1 gramme. Si la balance indique 100 g, la masse vraie est comprise dans l'intervalle 99 g - 101 g . Donc, le résultat de cette pesée est entaché d'un doute de +/- 1g.

• On pourrait qualifier le résultat de cette pesée non fiable car les conséquences économiques de ce +/- 1g sont très négatives

• Un résultat de mesure fiable s'obtient par la maîtrise du processus de mesure. C'est-à-dire la maîtrise des facteurs ayant une influence sur la qualité des résultats

délivrés. Ces facteurs sont classés en 5 familles (les fameux 5 M) 

résultat de mesure fiable

Histoire de la Métrologie • Jusqu'à la Renaissance européenne, les grandeurs étaient

évaluées en comparaison avec des références humaines, comme le pied, le pouce ou la ligne

• Chaque pays, chaque région même, avait ses unités de mesure. Ceci compliquait les échanges commerciaux et gênait la diffusion des connaissances

• Les scientifiques français, inspirés par l'esprit des Lumières et la Révolution française, ont conçu un système de référence basé sur des objets ayant la même valeur pour tous, sans référence à une personne particulière, bref universel — « universel » dans le sens « accessible à tous et reconnu par tous », mais il ne s'agit au fond que d'une convention arbitraire. C'est ainsi que l'on prit la circonférence de la Terre comme référence de longueur pour bâtir le mètre.

Les « catégories" de la Métrologie

Métrologie scientifique ou fondamental

Métrologie industrielle

Métrologie légale

La métrologie légale traite de la précision des mesures susceptibles d'affecter la santé, la sécurité ou les transactions économiques.

La métrologie industrielle assure le fonctionnement correct des instruments de mesure utilisés dans l'industrie tels que process de conception, de test ou de production.

La métrologie scientifique a pour mission d'organiser, développer et maintenir les étalons de mesure nationaux et internationaux.

Les « catégories" de la Métrologie

Instrument de mesure

En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur physique qui caractérise un objet (ou un événement) avec celle de même nature choisie comme unité de mesure. La valeur numérique de la grandeur mesurée est le nombre qui fixe la relation entre la grandeur mesurée et l’unité de mesure choisie. Le dispositif qui permet de réaliser la mesure est un instrument de mesure (ou appareil de mesure).

La mesure en physique

La mesure se fait à l'aide d'un instrument de mesure qui donne un nombre.

pour mesurer les longueurs, on peut comparer la dimension de l'objet avec celles d'un objet de référence, comme une règle graduée 

pour mesurer la masse, on peut utiliser une balance de Roberval avec des masses marquées en laiton.

Connais-tu Connais-tu les grandeurs physiques, les grandeurs physiques,

leurs unités dans le SI leurs unités dans le SI etet

leurs appareils de mesure ? leurs appareils de mesure ?

Unités dérivées du système international

• Le mètre (m), unité de longueur • Le kilogramme (kg), unité de masse • La seconde (s), unité de temps • L'ampère (A), unité de courant électrique • Le kelvin (K), unité de température • La mole (mol), unité de quantité de matière • La candela (cd), unité d'intensité lumineuse

• Les unités dérivées font partie du système international d'unités et sont déduites des sept unités de base 

• Les colonnes sur le tableau suivant "kg - m - s - A - K - mol - cd" " précisent les dimensions en termes d'Unités de base du système international.

Unités dérivées du système international

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

N°1

Que suis-je ? Que suis-je ?

Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que grandeur physique que je mesure ?je mesure ?

• Je suis une éprouvette graduée.Je suis une éprouvette graduée.

• La grandeur physique que je mesure est le La grandeur physique que je mesure est le volume volume VV..

• L’unité de volume, dans le S.I., est le mètre L’unité de volume, dans le S.I., est le mètre cube (mcube (m33).).

On utilise souvent le litre (L), particulièrement On utilise souvent le litre (L), particulièrement en chimie.en chimie.

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

N°2

• Que suis-je ? Que suis-je ?

• Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

• Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que je grandeur physique que je mesure ?mesure ?

Je suis une balance.Je suis une balance.

La grandeur physique que je mesure est la La grandeur physique que je mesure est la masse masse mm..

L’unité de masse, dans le SI, est le L’unité de masse, dans le SI, est le kilogramme (kg).kilogramme (kg).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

N°3

• Que suis-je ? Que suis-je ?

• Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

• Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que je grandeur physique que je mesure ?mesure ?

• Je suis un dynamomètre.Je suis un dynamomètre.

• La grandeur physique que je mesure est La grandeur physique que je mesure est la force la force FF..

• L’unité de force, dans le S.I., est le L’unité de force, dans le S.I., est le newton (N).newton (N).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

• Que suis-je ? Que suis-je ?

• Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

• Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que je grandeur physique que je mesure ?mesure ?

N°4

• Je suis un thermomètre.Je suis un thermomètre.

• La grandeur physique que je mesure est la La grandeur physique que je mesure est la température température TT..

• L’unité de température, dans le S.I., est le kelvin L’unité de température, dans le S.I., est le kelvin (K). (K).

On utilise usuellement,comme unité de On utilise usuellement,comme unité de température, le degré celsius (°C).température, le degré celsius (°C).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

Que suis-je ? Que suis-je ?

Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que grandeur physique que je mesure ?je mesure ?

N°5

Je suis un multimètre utilisé comme un Je suis un multimètre utilisé comme un ohmmètre.ohmmètre.

La grandeur physique que je mesure est la La grandeur physique que je mesure est la résistance électrique résistance électrique RR..

L’unité de résistance électrique, dans le S.I., L’unité de résistance électrique, dans le S.I., est l’ohm (est l’ohm ().).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

• Que suis-je ? Que suis-je ?

• Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

• Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que je grandeur physique que je mesure ?mesure ?

N°6

• Je suis un manomètre.Je suis un manomètre.

• La grandeur physique que je mesure est La grandeur physique que je mesure est la pression la pression pp..

• L’unité de pression, dans le S.I., est le L’unité de pression, dans le S.I., est le pascal (Pa).pascal (Pa).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

• Que suis-je ? Que suis-je ?

• Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur que je mesure ?que je mesure ?

• Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur que je grandeur que je mesure ?mesure ?N°7

Je suis du papier pH.Je suis du papier pH.

La grandeur que je mesure est le pH.La grandeur que je mesure est le pH.

Le pH n’a pas d’unité.Le pH n’a pas d’unité.

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

Que suis-je ? Que suis-je ?

Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que grandeur physique que je mesure ?je mesure ?

N°8

Je suis un multimètre utilisé comme un Je suis un multimètre utilisé comme un voltmètre.voltmètre.

La grandeur physique que je mesure est la La grandeur physique que je mesure est la tension électrique tension électrique UU..

L’unité de tension électrique, dans le S.I., L’unité de tension électrique, dans le S.I., est le volt (V).est le volt (V).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

Que suis-je ? Que suis-je ?

Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que grandeur physique que je mesure ?je mesure ?

N°9

Je suis un chronomètre.Je suis un chronomètre.

La grandeur physique que je mesure est le La grandeur physique que je mesure est le temps temps tt..

L’unité de temps, dans le S.I., est la L’unité de temps, dans le S.I., est la seconde (s).seconde (s).

Les grandeurs physiquesLes grandeurs physiques

Que suis-je ? Que suis-je ?

Quelle est la grandeur Quelle est la grandeur physique que je mesure ?physique que je mesure ?

Quelle est l’unité de la Quelle est l’unité de la grandeur physique que grandeur physique que je mesure ?je mesure ?

N°11

Je suis un multimètre utilisé comme un Je suis un multimètre utilisé comme un ampèremètre.ampèremètre.

La grandeur physique que je mesure est La grandeur physique que je mesure est l’intensité du courant électrique l’intensité du courant électrique II..

L’unité d’intensité du courant électrique, L’unité d’intensité du courant électrique, dans le S.I., est l’ampère (A).dans le S.I., est l’ampère (A).

Erreur de mesure • Le calcul d'erreur, ou calcul d'incertitudes est un ensemble de techniques permettant

d'estimer l'erreur faite sur un résultat numérique, à partir des incertitudes ou des erreurs faites sur les mesures qui ont conduit à ce résultat. Ceci permet donc d'estimer la propagation des erreurs.

• Il faut considérer trois sources d'erreur

• la précision de la mesure Δ1, ou l'incertitude (résolution en anglais) ;

• la dispersion statistique Δ2 (précision en anglais) ;

• l'erreur systématique Δ3 (accuracy en anglais).

• l'erreur totale étant Δ = Δ1 + Δ2 + Δ3

Erreur de mesure

la dispersion statistique et l'erreur systématique sont faibles 

la dispersion statistique est forte mais l'erreur systématique est faible 

la dispersion statistique est faible mais l'erreur systématique est forte.

• Précision de mesure

Δ1 est l'espacement entre les graduations, ou bien la valeur d'une unité du dernier chiffre de l'affichage

Mais il se peut que le phénomène soit instable ou bien perturbé par un phénomène extérieur aléatoire. Alors, on verra l'aiguille osciller ou bien les derniers chiffres de l'affichage numérique changer dans ce cas il n'est pas possible de définir Δ1.

Erreur de mesure

• Dispersion statistique Si l'on mesure plusieurs fois le même phénomène avec un appareil suffisamment

précis, on obtiendra chaque fois un résultat différent xi. Ceci est dû à des phénomènes perturbateurs ou, pour les mesures extrêmement précises, à la nature aléatoire du phénomène

Sur un grand nombre de mesures, on peut considérer que l'on a une probabilité dont la distribution est gaussienne. Le résultat de la mesure sera alors la moyenne empirique Ê des résultats

le carré de l'écart type σ² de la gaussienne peut s'évaluer avec la variance empirique corrigée  :

Erreur de mesure

• Dispersion statistique

le carré de l'écart type σ² de la gaussienne peut s'évaluer avec la variance empirique corrigée  :

L'erreur due à la dispersion statistique est alors estimée par

k étant une constante dépendant du niveau de confiance, c'est-à-dire de l'erreur admissible

Erreur de mesure

• Erreur systématique • L'erreur systématique comprend des phénomènes comme l'erreur

d'échantillonnage, l'erreur de préparation, l'erreur de lecture sur les appareils analogiques (erreur de parallaxe). Ces problèmes peuvent introduire une dispersion statistique ou bien un décalage des résultats si l'erreur commise est toujours la même.

• Les appareils dérivent avec le temps, ce qui rend nécessaire leur

réétalonnage régulier. On peut avoir une très faible dispersion statistique, et avoir toutefois un résultat faux...

Erreur de mesure

• L’expression de cette grandeur comprend 3 éléments

• : une valeur numérique, une unité et une incertitude.

• La grandeur que l’on veut mesurer est le mesurande• l’action de mesurer est le mesurage.

• Résultat = X ±U(X) (unité)

• U(X) peut être

un écart-type statistique

un multiple d'écart-type (coefficient d'élargissement : k (par défaut k=2)

la demi-largeur d'un intervalle de confiance déterminée avec :

l’incertitude absolue U(x) qui a la même unité que X l’incertitude relative Ur =U(x)/X l’incertitude élargie qui est U = k U (k = 2 le plus souvent) l’intervalle de confiance : 2 U

Erreur de mesure

dans le domaine de l’étude,qui tient à commencer avec des

certitudes finira dans le doute,

mais qui saura se contenter de commencer par des doutes

finira par des certitudes.

Francis BACON (1561-1626) Du progrès et de la promotion des savoirs (1605)

Étalons

• Définition• « Un étalon est une réalisation de la définition

d'une grandeur donnée, avec une valeur déterminée et une incertitude de mesure associée, utilisée comme référence ».

• Pour simplifier, un étalon est une matérialisation d'une grandeur donnée dont on connait la valeur avec une grande exactitude. Un étalon sert à étalonner d'autres étalons ou des équipements qui mesurent la même grandeur.

Hiérarchisation des étalons • étalons internationaux

Un étalon international est un « étalon reconnu par les signataires d'un accord international pour une utilisation

mondiale • étalons nationaux Un étalon national est un « étalon reconnu par une autorité nationale pour servir, dans un état ou une économie,

comme base à l'attribution de valeurs à d'autres étalons de grandeurs de la même nature. 

• étalons primaires Un étalon primaire est un « étalon établi à l'aide d'une procédure de mesure primaire ou créé comme objet par

convention

• étalons secondaires Un étalon secondaire est un « étalon établi par l'intermédiaire d'un étalonnage par rapport à un étalon primaire d'une grandeur de même

nature. 

• étalons de référence Un étalon de référence est un « étalon conçu pour l'étalonnage d'autres étalons de grandeurs de même nature

dans une organisation donnée ou en un lieu donné. 

• étalons de travail Un étalon de travail est un « étalon qui est utilisé couramment pour étalonner ou contrôler des instruments de

mesure ou des systèmes de mesure. 

Hiérarchisation des étalons

Étalonnage, vérification et ajustage d'un équipement de mesure

• D'après le VIM (Vocabulaire International Métrologie)édition 2008, l'étalonnage est une "opération qui, dans des conditions spécifiées, établit en une première étape une relation entre les valeurs et les incertitudes de mesure

associées qui sont fournies par des étalons et les indications correspondantes avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information pour établir un résultat de mesure à partir d'une indication".

• La vérification métrologique consiste à apporter la preuve à partir de mesures (étalonnage) que des exigences spécifiées (les EMT erreur maximal toléré) sont satisfaites. Le résultat d'une vérification se traduit par une décision de conformité (suivie d'une remise en service) ou de non conformité (suivie d'un ajustage, d'une réparation, d'un déclassement ou d'une réforme de l'appareil).

Étalonnage, vérification et ajustage d'un équipement de mesure

• L'ajustage est un "ensemble d'opérations réalisées sur un système de mesure pour qu'il fournisse des indications prescrites correspondant à des valeurs données des grandeurs à mesurer"

Étalonnage, vérification et ajustage d'un équipement de mesure

La Traçabilité métrologique

• Définition

• C'est la « propriété d'un résultat de mesure selon laquelle ce résultat peut être relié à une référence par l'intermédiaire d'une chaîne ininterrompue et documentée d'étalonnages dont chacun contribue à l'incertitude de mesure »

Les 6 points clés définis par ILACInternational Laboratory Accreditation Cooperation L'ILAC considère que les éléments nécessaires pour

confirmer la traçabilité métrologique sont :• une chaîne de traçabilité métrologique ininterrompue à

un étalon international ou un étalon national, • une incertitude de mesure documentée, • une procédure de mesure documentée, • une compétence technique reconnue, • la traçabilité métrologique au SI • des intervalles entre étalonnages

La Traçabilité métrologique

La TRACABILITELa TRACABILITE

Les DOCUMENTSLes DOCUMENTS

Mode opératoire

Fiches de vie

Procès verbal de la vérification

Attestation de raccordement des masses de travail

Inventaire des balances

Fiche d’anomalies

PROCES VERBAL de VERIFICATIONPROCES VERBAL de VERIFICATION

FICHE de VIE d’une BALANCEFICHE de VIE d’une BALANCE

EQUIPE METROLOGIE CMG

• M. AIT TAKNIOUINE

• M.TIDILI

• Activité de l’équipe► recensés les équipements de mesure dans la base de données « coswin« 

► définir les grandeurs physique pour chaque type de mesure► définir les unités de mesure► déterminer les EMT de chaque instrument► définir la liste des étalons de travail ► établir les modes opératoires d’étalonnage , de vérification et d’ajustage ou réparation

► assurer la traçabilité des mesures ♦ Procédure gestion des dispositif de mesure de contrôle et d ’essai

♦ élaboration des plannings d’étalonnage ♦ classement des OTS (étalonnage vérification ou ajustage) ♦ définir le raccordement des étalons de travail aux étalons national ou international

EQUIPE METROLOGIE CMG

Exemple de mode opératoire d’étalonnage ph métre

Exemple de mode opératoire de vérification ph métre

Exemple de mode opératoire d’étalonnage densimétre

Exemple de mode opératoire de vérification densimétre