Qu'est-ce que la métrologie et comment s'insère-t-elle dans les mesures quotidiennes ?

Hannu Sairanen, Dr ès sciences

Même si le mot « métrologie » renvoie à la science des mesures, ce terme ne se cantonne pas à la science. Dans de nombreux cas, le personnel qui réalise des mesures applique les meilleures pratiques sans même y penser. Par exemple, ces personnes savent d'instinct que la prise de la température extérieure dans la lumière directe du soleil n'offre pas un résultat exact.

Un métrologue peut utiliser le Système International d'unités (SI) (créer les unités du SI dans la réalité), étalonner les instruments de mesure, évaluer la fiabilité des mesures en déterminant l'incertitude des mesures, ou mener des recherches capables d'améliorer les performances de mesure.

Chaîne de traçabilité des étalonnages
Un lien classique entre les mondes de la métrologie et de l'industrie est décrit dans la figure ci-dessous. Le SI est géré par les Instituts Nationaux de métrologie (INM) qui sont chargés d'étalonner les instruments de mesure de référence des laboratoires accrédités. Les instruments industriels de référence sont ensuite étalonnés par les laboratoires d'étalonnage accrédités avant de servir à étalonner les instruments industriels.

 
La longueur de cette « chaîne d'étalonnages » varie selon que les industries étalonnent les instruments directement auprès d'un INM ou en faisant appel à plusieurs intermédiaires. En général, plus la chaîne de traçabilité est longue, plus l'incertitude des mesures est élevée. Une incertitude des mesures plus élevée offre des mesures moins fiables et plus d'incertitude.

Incertitude des mesures
Plusieurs facteurs ont un impact sur l'incertitude des mesures, à savoir la fiabilité des valeurs mesurées. On pense souvent à tort que seule l'incertitude d'étalonnage a un impact sur la précision des mesures. Toutefois, d'autres sources d'incertitude existent et les connaître est probablement la tâche la plus difficile pour un métrologue. Dès lors que les sources sont identifiées, le calcul de l'incertitude combinée d'une mesure est un simple exercice mathématique.

La plus grande source d'incertitude dans les process industriels ou les mesures environnementales (pression, température, humidité, débit, par ex.) est généralement associée aux erreurs d'échantillonnage provoquées par le positionnement de l'instrument de mesure, c.-à-d. la représentativité de la mesure. Si l'environnement mesuré ne représente pas l'environnement ciblé, on aboutit à une erreur majeure. Par exemple, si un échantillon de gaz est relevé au niveau d'une conduite de gaz, la température du gaz peut augmenter ou diminuer, ce qui fait que l'humidité relative de l'échantillon diffère de l'humidité relative au niveau de la conduite de gaz ciblée. Des erreurs similaires peuvent être provoquées par des gradients de température dans une chambre climatisée.

Technologie de mesure contre métrologie
Est-ce que, en achetant le meilleur instrument de mesure ou l'instrument le plus complexe du marché, vous n'avez plus besoin de vous soucier de la métrologie ? La réponse est clairement négative. Quel que soit l'instrument utilisé, il existe toujours un certain degré d'incertitude ; les meilleures technologies ont leurs faiblesses et ces dernières peuvent mettre à mal les performances de mesure si l'incertitude n'est pas prise en compte. Il est donc essentiel de comprendre les sources d'incertitude pour obtenir des mesures plus fiables, de meilleures valeurs de mesure et très probablement aussi certaines améliorations légères dans la configuration des mesures, comme le type ou le positionnement d'un instrument.

Dans l'industrie, la métrologie offre les outils pour appréhender et caractériser l'instrument de mesure utilisé et l'emplacement des mesures. Par exemple, un capteur d'humidité est généralement livré avec un certificat d'étalonnage qui n'indique que les corrections d'étalonnage à température ambiante, autrement dit les corrections dans les environnements de mesure réels peuvent ne pas être prises en compte et peuvent même s'avérer trompeuses ou inutiles. D'un autre côté, les capteurs de pression dépendent généralement de la température et, sans données éprouvées sur la dépendance en température, la correction de température spécifiée peut être insuffisante.

Métrologie chez Vaisala
Cela fait bien longtemps que Vaisala a parfaitement compris l'importance de la métrologie. Nos clients comptent sur nous pour bénéficier d'instruments de mesure de haute qualité et de technologies qui intègrent les derniers savoir-faire dans le domaine de la métrologie. Notre laboratoire de normes de mesure accrédité ISO 17025 contribue à réduire l'incertitude des mesures dans les produits Vaisala et garantit le développement continu de notre capacité d'essais en interne. Vaisala fournit des étalonnages traçables avec le SI, qui prennent en compte les sources d'incertitude dans le respect du GUM (Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure). De même, les incertitudes sont déterminées dans l'ensemble de l'entreprise, de la fabrication à la R&D et d'un seul instrument de mesure aux stations d'essais complexes. En conservant et en développant des environnements d'essais côté usine et côté R&D associés avec une analyse détaillée des incertitudes, nous garantissons des mesures plus fiables et meilleures aujourd'hui et demain.

M. Hannu Sairanen travaille comme scientifique chez Vaisala. Il est spécialisé dans les applications et les mesures de l'humidité ainsi que dans la métrologie de l'humidité. Il possède plus de 10 ans d'expérience dans la métrologie de l'humidité, les mesures de l'humidité et les process liés à l'humidité. Il a publié beaucoup d'articles scientifiques et a fait de nombreuses présentations. Il est titulaire d'un doctorat de l'Université Aalto (Finlande) avec une spécialité en Thermodynamique appliquée.

Comment se préparer pour demain ?
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