Jean-François Olive (Jean-Francois.olive@iut-tlse3.fr) Département « Mesures Physiques » de l’IUT-A Paul Sabatier

Responsable de la licence professionnelle MQM « Métrologie et Qualité de la Mesure »

Métrologie

A la question « qu’est-ce que la métrologie ? » 80 % des personnes interrogées ne fournissent aucune réponse

Dans le milieu industriel, la métrologie est omniprésente

Dans le grand public, l’inculture métrologique domine

•  Gestion du parc d’instrument de mesure •  Contrôle qualité des produits

Dans la recherche, la métrologie est cruciale •  Aucune mesure ne coïncide exactement avec une prédiction •  Incertitude de mesure / Remise en cause de la prédiction

Un constat…

Vie quotidienne

Temps Heure, Durée

Météo T, Pression

Commerce Masse, Volume

Automobile Vitesse, T, km,

Niveau

La notion d’incertitude de mesure est naturelle…

Je te rappelle au téléphone demain soir

δt ∼2−3h Un ami

Les vacances, c’est vendredi à 18h

δt ∼1sUn élève

Métrologie « personnelle »

Vous avez rendez-vous. Il faut donc être ponctuel à 2 minutes près.

Vous consultez votre montre.. 17h41.. Un regard vers l’horloge de la gare..

17h40..

Tout va bien ! Vous poursuivez votre chemin vers le

rendez-vous

-1- Fixer un Ecart Maximal Toléré (EMT), adapté au contexte

Opération de confirmation métrologique

Nous pratiquons tous la métrologie…

-2- Comparer la mesure avec un étalon adapté : Ecart < EMT ?

Prise de décision de confirmation

Maîtrise raisonnée de l’exactitude, confiance dans la chaine d’étalonnage.

u∼ 2

3

-1- Quelle est ma vraie vitesse ?

Marge de sécurité raisonnable

Nous pratiquons tous la métrologie…

-2- Quelle sera la mesure du radar ?

Zone à vitesse contrôlée

V ∼Vlim −15%•  Surestimation du compteur (+ 5%)

•  Incertitude de justesse du compteur (± 2%) •  Incertitude de lecture (± 2 km.h-1)

•  Déduction (-5 ou -7 km.h-1) avant verbalisation •  Usure des pneus (5/300 = 1.7%)

Eléments de réflexion :

Qu’est ce que la métrologie ?

Ensemble des techniques et des savoir-faire qui permettent de connaître et améliorer la confiance dans les résultats de mesure

•  la métrologie fondamentale, •  la métrologie légale et réglementaire, •  la métrologie biomédicale, •  la métrologie industrielle.

Métrologie fondamentale en France Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (4 labos nationaux + 6 associés)

LNE LNE-INM LNE-SYRTE LNE-LNHB

Le SI est un système évolutif dont il faut améliorer : •  La pérennité •  L’uniformité •  L’accessibilité •  L’exactitude

Définition du mètre

1793 : Dix millionième partie du quart de méridien terrestre. 1889 : Etalon en platine iridié déposé au B.I.P.M à Sèvres. 1960 : Définition à partir de la longueur d’onde de la raie orangée du Krypton. 1983 : Longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299792458 s.

Objectif de recherche : Redéfinir l’ensemble du SI avec des phénomènes de physique ou des constantes de la physique dont on fixe la valeur, et non avec des étalons matériels

Définition de la seconde :

9 192 631 770 périodes de la radiation entre les deux niveaux hyperfins de Césium 133.

Masse (kg) : masse du prototype en platine iridié du BIPM (1889)

Cylindre étalon primaireDernier étalon matériel du SITrès peu pratique

Perte de l’ordre de 0.5 µg an-1

1889 1950 2000

Alternatives : Projet « Avogadro » Compter le nombre d’atomes dans une sphère de silicium ultra pur (1 kg, sphère de rayon fixé à 0.6 nm)

Projet « Balance du Watt » : équivalent puissance électrique/mécaniqueLien entre la constante de Planck et la masseIncertitude relative : 2.0 × 10−8

NA = 6.022 140 76(12) × 1023 mol−1

Incertitude relative : 2.0 × 10−8

1 kg = (1000/12)*Masse de NA atomes de 12C

kelvin (K) : C’est actuellement la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau.

Bain de conservation du point triple de l'eau au LNE-INM (0.01°C)

Détermination de la constante k de Boltzmann (à 10-6 près) pour la fixer et définir le kelvin à partir de :

€

T[ ] =E[ ]k[ ]

Mesurer c’est toujours comparer

Appareil de mesure

Certificat d’étalonnage

Certificat d’étalonnage SI

PRIMAIRE

Chaînes des étalons

SECONDAIRE

REFERENCE

TRANSFERT

TRAVAIL

Qualité de la mesure

Traçabilité de la mesure :

chaîne ininterrompue de comparaisons vers l’étalon primaire

Vérification/Etalonnage de l’appareil de mesureLocal

LNE, BIPM

Raccordement des étalonnages

Métrologie légale ou réglementaire

Relais régionaux : la DIRECCTE et la DRIRE

Ensemble d'exigences et de procédures de contrôle imposées par l'Etat pour garantir la fiabilité de certains instruments de mesure (balances, pompes à essence, taximètres, horodateurs, etc.) o  protection du consommateur, o  loyauté des échanges o  bonne application des lois et règlements.

Balances commerciales, pompes à essence, radar vélocimétriques, etc. : Vérification tous les 1 ou 2 ans par un organisme agréé public ou privé (DRIRE, Artémis, Direct Pesage, etc.)

Procédure de Vérification: comparaison de l’indication de mesure avec un EMT (Ecart Maximal Toléré)

OUI : appareil vérifié - étiquetteNON : maintenance ou rebut

€

ΔM ≤ EMT ?

Métrologie biomédicale

Principales exigences : -  Température (Enceintes thermostatiques, homogénéité 9 points) -  Verrerie (pipettes, micropipettes, etc.) -  Equipements de service (centrifugeuses, pH-mètres, etc.) -  Equipements d’analyse (étalonnages croisés, dosages étalons, etc.)

Norme ISO 15189 compétences des laboratoires, hôpitaux (accréditation totale : objectif 2020)

Métrologie industrielle

Recherche et Développement •  Mise au point de nouveaux produits •  Tests & Essais (homologation, certification, ..)

Production •  Contrôle des paramètres de production •  Contrôle qualité du produit final

Santé économique de l’entreprise

Sécurité personnels/environnement

Impact

La métrologie est un outil de gestion de la Qualité

Le montage nécessite des centaines d’outils spécifiques et d’appareils de contrôle

Mission du service métrologie : •  Gérer le parc d’instruments •  Organiser les étalonnages •  Optimiser les performances (fiabilité, etc.) •  Veille technologique (nouveaux capteurs, etc..)

Etalonnage du couple d’une visseuse

Etalonnage d’un pied à coulisse (cales étalon)

Chaîne de montage Airbus A350

•  Diffusion de la culture métrologique •  Métrologie historique, •  Ressources pédagogiques, etc.

http://www.metrodiff.org/

http://www.metgen.org

•  Ressources techniques (T, P, H, ..) •  GUM, simulation, etc.. •  Références : ρH2O, point triple, etc.

Association Métrodiff

Association Metgen

http://mac.quartier-rural.org/these/these2.html

•  Analyse de la culture métrologique, •  La métrologie personnelle, •  Place de la métrologie dans la société, etc.

http://www.la-rache.com/img/unites.pdf

Un pastiche de norme sur le système d’unité pifométrique (le fifrelin, la palanquée, le bout de chemin, etc.)