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Questions de métrologie - Nicolas Gosse EPISODE 5, 16th December 2020
#5 Principes et concepts de base de la métrologie (par Marc Priel)
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#5 Principes et concepts de base de la métrologie (par Marc Priel)

Podcast les concepts et principes de base de la métrologie

 

Bonjour, au cours de cet entretien, je vous propose de découvrir les principaux concepts et principes de base de la métrologie.

Nous vivons dans un monde où les mesures ont une place importante : dans la vie courante, quelle température fait-il se matin ? Quelle heure est-il ? Mes résultats d’analyse médicale sont-ils corrects ? Le poids indiqué par la balance du boucher est-il juste ? mais également dans l’entreprise, la cote de cette pièce est-elle conforme au plan ? Le pH de cette solution est-il correct ? la température du four de traitement thermique est-elle correcte ? La mesure est partout…

Nous pouvons nous interroger avec la question suivante :

Pourquoi mesure-t-on ?

Face à l’extraordinaire complexité de la nature, il nous faut résumer, simplifier et modéliser le monde pour le comprendre.

On mesure pour :

·     Connaitre, comprendre

·     Vérifier la conformité d’un produit d’un processus à une spécification, à une norme

·     Assurer la loyauté d’une transaction

·     Prendre des décisions dans le domaine industriel, médical, dans l’environnement.

En fait, un résultat de mesure est une information technique que l’on communique généralement à un tiers pour qu’il l’utilise, qu’il prenne des décisions.

Que mesure-t-on ?

La modélisation du monde s’effectue souvent grâce à :

·     Des mesures

·     Des évaluations, des estimations des examens…

·     Ce que nous mesurons, ce sont des propriétés de corps ou de substances : ce sont des grandeurs, une grandeur peut s’exprimer quantitativement sous forme d’un nombre et d’une unité

·     Par exemple, des longueurs, des masses, des pressions, des concentrations, des duretés des masses volumiques.

·     Mais d’autres élément permettant d’appréhender le monde ce sont des propriétés, des indicateurs, des caractéristiques...Car de nombreux « résultats» ne s’expriment pas sous la forme d’un nombre et d’une unité, on les appelle « propriétés qualitatives » ou « attributs » . Ces propriétés s’expriment par des mots, des codes alphanumériques, par exemple l’échelle de la douleur, les références d’un nuancier de couleur....



Il est essentiel de bien comprendre le concept suivant :

Le mesurande

Avant toute mesure, il convient de définir avec pertinence la grandeur que l’on veut mesurer (les métrologues l’appelle le mesurande) Si nous n’avons pas fait cet effort il y aura un doute sur ce que l’on mesure, si je veux estimer la teneur en minerai est-ce que je m’interesse à la teneur dans le prélévement que j’ai effectué ou la teneur dans la mine ? On comprend vite que ce n’est pas la même chose, et cela nous conduira à définir le plan d’échantillonnage. Si nous n’avons pas défini avec précision la grandeur que l’on veut mesurer nous induirons des discussions stériles entre les utilisateurs, des incompréhensions et de l’incertitude

·     il faut donc définir les conditions d’observation du mesurande. Attention la grandeur mesurée peut différer du mesurande. Dans ce cas une correction appropriée est nécessaire, Exemple longueur d’un étalon à 20°C mesuré à 23°C

·     et le degré de « précision » que l’on souhaite obtenir c’est ce que nous appelons l’incertitude cible.

Comment mesu

rer ?

On a l’habitude de dire que mesurer c’est comparer une grandeur inconnue à une grandeur connue prise comme référence,

Dans tout processus de mesure on trouvera toujours 

·     un comparateur (l’instrument de mesure)

·     une référence, des étalons...

Les références

La référence p

eut être


Exemples

Une unité de mesure

Masse d’un corps donné : 152 g


(grandeur sans dimension)


Indice de réfraction d’un verre


Procédure de mesure


Dureté C de Rockwell d’un spécimen donné (charge de 1471 N) : 43,5HRC


Matériau de référence


Concentration arbitraire en quantité de matière de lutropine dans un spécimen donné de plasma (étalon international 80/552 de l’OMS) : 5,0 UI/l


Mais très souvent les références sont reliées à des unités généralement le Système International d’unités (SI)

Le S

ystème International d’unités (SI)



Le SI est constitué des 7 unités et grandeurs de base (longueur, masse, temps, courant électrique, température, quantité de matière et intensité lumineuse) ; et

d’unités dérivées (vitesse en « m/s », puissance en watts, énergie en joules). Une révision récente du SI est fondée sur 7 constantes de la nature


Depuis longtemps, les hommes ont souhaité avoir une uniformité des mesures sur la terre (à tous les temps à tous les peuples)

Les références et

la traçabilité métrologique



Si l’on souhaite que les mesures soient comparables en tout temps et dans l’espace alors il faut des références, stables, pérennes, uniformes et accessibles

Il faut donc un système de références (le Système International d’unités SI) et des moyens d’accès à ces références

Pour avoir accès à ces référence il faut une chaîne ininterrompue de comparaisons, c’est ce que l’on appelle la traçabilité métrologique.

Le VIM, Vocabulaire International de Métrologie nous en donne la définition : Propriété d’un résultat de mesure selon laquelle ce résultat peut être relié à une référence par l’intermédiaire d’une chaine ininterrompue et documenté d’étalonnages dont chacun contribue à l’incertitude de mesure

Mais qu’est-ce qu’un étalonnage

Etalonnage


C’est une opération qui établit une relation entre une valeur de référence (étalon) et une indication de mesure, afin d’obtenir un résultat de mesure traçable à une référence reconnue. C’est l’opération qui va donner du sens aux indications de mon instrument.

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 une relation permettant d’obtenir un résultat de mesure à partir d’une indication.

On utilisera également le concept de vérification qui sera employé lorsque l’on ne veut pas appliquer de correction et que les erreurs, les écarts relevés lors de l’étalonnage sont inférieures à ce que l’on appelle des emt erreur maximale tolérées.

Les résultats de mesure


Un résultat de mesure représente l’ensemble des valeurs que l’on attribue à la grandeur mesurée ; il s’exprime sous la forme d’un nombre, d’une unité et d’une incertitude de mesure.

Un résultat de mesure n’est jamais certain et l’incertitude de mesure quantifie le doute que l’on a sur le résultat.

Peut-on avoir confiance dans les rés

ultats de mesure

?


De multiples causes conduisent à des résultats incertains, on peut citer :

·     Définition du mesurande imprécise

·     Influence de l’environnement

·     Effet des opérateurs

·     Méthode

·     Imperfection des réfrences

·     Effet de l’instrumentation

Plus toutes celles que l’on a pas indentifiées ou oubliées…

L’incertitude de mesure


L’incertitude de mesure est l’information qui indique le degré de confiance que l’on peut avoir dans un résultat de mesure. Elle se caractérise par un paramètre de dispersion. C’est la dispersion des valeurs que l’on peut attribuer au mesurande. Si l’on se souvient qu’un résultat de mesure n’est pas une valeur unique mais une distribution de valeur alors tout s’éclaire, la valeur la plus probable est celle que l’on annonce et le paramètre de dispersion des valeurs de la distribution est l’incertitude.

Si nous avions a retenir deux idées

fortes (concepts essentiels


…)

•      Il n’y a pas de mesure cohérente et porteuse de sens sans assurer la

traçabilité métrologique


•      Un résultat de mesure est toujours incertain, mais nous devons établir la confiance en estimant

l’incertitude du résultat que no

us annonçons