Chapitre1: Généralités sur la Métrologie Industrielle
1. Introduction.
2. Définition.
3. Vocabulaire et rôle de la métrologie.
4. Différentes métrologies (fondamentale, scientifique, industrielle, légale, … etc.).
5. Rôle de la Métrologie dans l’entreprise.
6. Relation entre la métrologie et la qualité.
7. Les organismes officiels internationaux.
8. Les normes et recommandations en métrologie.
9. Conclusion.
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Chapitre1: Généralités sur la Métrologie Industrielle
1. INTRODUCTION :
Sans que nous en ayons toujours conscience, la métrologie, qui peut être définie
comme "l'art d'effectuer une mesure", est au cœur de notre vie quotidienne depuis la
fin du XVIII siècle.
Par exemple, le commerce, auquel notre société accorde tant d'importance, ne saurait
exister sans la confiance des acteurs dans la nature et les quantités des objets échangés.
La définition rigoureuse des grandeurs échangées et de leurs quantités repose sur des
étalons et des mesures. De même certains aspects de l'application de la loi, comme la
limitation de la vitesse des véhicules, nécessite notre confiance dans les méthodes de
mesure utilisées.
Ce chapitre vise à apporter aux étudiants les éléments théoriques de la métrologie.
2. DEFINITION :
La métrologie est la science de la mesure et de l’évaluation de son incertitude, du
mot grecque « metron » = mesure.
La métrologie est l'ensemble des techniques et des savoir‐faire qui permettent
d'effectuer des mesures et d'avoir une confiance suffisante dans leurs résultats.
Elle recouvre trois principales activités :
a.
La définition des unités de mesure, acceptées internationalement, par exemple le
mètre.
b.
La réalisation des unités de mesures au moyen d’expériences scientifiques, par
exemple la réalisation du mètre au moyen de sources lasers.
c.
L’établissement d’une chaine de traçabilité en déterminant et en documentant la
valeur et l’exactitude d’une mesure ainsi que la dissémination de sa connaissance.
Figure 1.1 : Métrologie : Science de mesure
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3. VOCABULAIRE ET ROLE DE LA METROLOGIE :
Chaque science, chaque discipline, chaque métier dispose de son vocabulaire
spécifique, lequel permet aux spécialistes de communiquer entre eux mais aussi de
transmettre des informations à l’extérieur de leur périmètre de spécialistes.
La métrologie a aussi son propre vocabulaire indispensable pour une communication
efficace entre les spécialistes de cette discipline. Ce vocabulaire est défini dans un
document référencé JCGM:2008 (JCGM pour Joint committee for guides in metrology
ou Comité commun pour les guides en métrologie) édité par le BIPM sous le titre
Vocabulaire international de métrologie (VIM), qui peut être considéré comme le
dictionnaire à usage des métrologues du monde entier. Ce paragraphe présente certains
termes définis dans le VIM.
3.1.Une grandeur :
Elle est définie comme attribut d'un phénomène, d'un corps ou d'une substance, qui
est susceptible d'être distingué qualitativement et déterminée quantitativement.
C’est aussi un paramètre qui doit être contrôlé lors de l'élaboration d'un produit ou
de son transfert.
Exemple : pression, température, niveau.
Les grandeurs qui peuvent être classées les unes par rapport aux autres en ordre
croissant (ou décroissant) sont appelées grandeurs de même nature. Elles peuvent
être groupées ensemble en catégories de grandeurs, par exemple : travail, chaleur,
énergie. Il existe donc théoriquement une infinité de grandeurs, mais seul un certain
nombre d'entre elles sont utilisées dans la pratique.
3.2. Unité de mesure :
Est une grandeur particulière, définie et adoptée par convention, à laquelle on
compare les autres grandeurs de même nature pour les exprimer quantitativement
par rapport à cette grandeur.
3.3. Les unités du SI :
Portent des noms conventionnels dont les symboles sont également
conventionnels.
3.4. Le mesurage :
Ensemble d'opérations permettant de déterminer la valeur d'une grandeur.
3.5. La mesurande :
La grandeur particulière soumise au mesurage.
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3.6.La mesure (x) :
C'est l'évaluation d'une grandeur par comparaison avec une autre grandeur de même
nature prise pour unité.
Exemple: 2 mètres, 400 grammes, 6 secondes.
On écrira le résultat d’une mesure d’une grandeur sous la forme:
𝑥 = {𝑋}. [𝑋]
(1.1)
Où 𝑋 est le nom de la grandeur physique, [𝑋] représente l’unité et {𝑋} est la valeur
numérique de la grandeur exprimée dans l’unité choisie.
3.7. Un étalon :
Défini comme une mesure matérialisée, un appareil de mesure, un matériau de
référence destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou
plusieurs valeurs d'une grandeur pour servir de référence.
Tout simplement, en métrologie, un étalon est la matérialisation d'une grandeur
donnée dont on connait la valeur avec une grande exactitude, par exemple le mètre
étalon.
Exemple : L’unité de poids, le kilogramme (kg), est représenté matériellement par un
étalon unique. Ce prototype, réalisé en 1889 et conservé au Bureau International des
Poids et Mesures à Sèvres, est un cylindre en platine iridié à 10 %, de 39 mm de
diamètre et de hauteur.
a. Il existe plusieurs types d'étalons : étalon primaire, étalon de référence, étalon
de transfert, étalon de travail… etc.
3.8. L'étalonnage :
Un ensemble d’opérations établissant, dans des conditions spécifiées, la relation
entre les valeurs de la grandeur, indiquées par un appareil de mesure ou un système
de mesure, ou les valeurs représentées par une mesure matérialisée ou par un
matériau de référence, et les valeurs correspondantes de la grandeur réalisée par des
étalons.
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3.9.Calibrage :
Positionnement matériel de chaque repère (éventuellement de certains repères
principaux seulement) d’un instrument de mesure en fonction de la valeur
correspondante du mesurande.
3.10. Essais :
Ensemble d'opérations, également accompagnées fréquemment de mesurages, pour
la détermination des propriétés de produits.
3.11. Instrument de mesure :
Dispositif destiné à être utilisé pour faire des mesurages, seul ou associé à un ou
plusieurs dispositifs annexes.
3.12. Instruments d’essais :
Instruments de mesure et moyens auxiliaires nécessaires aux essais ainsi que d’une
manière générale les dispositifs servant à déterminer une caractéristique d’un
produit ou d’un matériau. Les moyens auxiliaires comprennent en particulier
l’infrastructure métrologique nécessaire à l’exploitation des instruments de mesure.
3.13. Normes :
Sont des accords documentés contenant des spécifications techniques ou autres
critères précis destinés à être utilisés systématiquement en tant que règles, lignes
directrices ou définitions de caractéristiques pour assurer que des matériaux,
produits, processus et services sont aptes à leur emploi.
3.14. Normalisation :
Activité propre à établir, face à des problèmes réels ou potentiels, des dispositions
destinées à un usage commun et répété, visant à l’obtention du degré optimal
d’ordre dans un contexte donné.
3.15. Un contrôle :
Consiste à mesurer, examiner, essayer ou passer au calibre une ou plusieurs
caractéristiques d'un instrument de mesure, et de comparer les résultats aux
exigences spécifiées en vue de déterminer si la conformité est obtenue pour
chacune de ces caractéristiques.
La métrologie en recherche n'est pas un domaine à part, elle est partie intégrante de
l'instrumentation expérimentale et par conséquent de la recherche.
Le rôle des métrologues, tant pour ceux qui dans les laboratoires de recherches s'attachent
avec compétence et ténacité à gagner une décimale, que pour ceux qui dans les services
d'industrie effectuent les étalonnages, et bien ce rôle est souvent obscur et pas toujours bien
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compris parce que non spectaculaire, il n'en demeure pas moins qu'il est essentiel et que si
cette science qu'est la métrologie, prolongée par les techniques de mesures, n'était pas
parvenue au degré actuel il n'y aurait certainement pas eu le développement industriel auquel
nous avons atteint.
4. LES DIFFERENTES METROLOGIES :
La métrologie est divisée en trois catégories comprenant différents niveaux de
complexité et d’exactitude.
4.1. Métrologie fondamentales ou scientifique :
Traite de l’organisation et du développement des étalons de mesures et de leur
maintien a niveau (au plus haut niveau), c.à.d. qu’elle couvre tous les aspects
généraux théoriques et pratiques relatifs aux unités de mesure, aux étalons de
mesure, aux méthodes et résultats de mesure (calculs d’erreurs et incertitude).
4.2. Métrologie industrielle :
La métrologie dite industrielle, est la plus utilisée actuellement car, elle correspond
à une métrologie efficace et adaptée aux besoins de l’entreprise, suivant les
domaines d’activités (Electronique, chimique, métallurgique,…). Elle couvre donc
toutes les activités métrologiques dans l’entreprise : contrôle des processus de
mesure, gestion des instruments de mesure, procédures de vérification /étalonnage
(traçabilité des mesures). Elle doit donc assurer le fonctionnement adéquat des
instruments de mesure utilises dans l’industrie, comme dans la production et les
processus d’essais.
4.3. Métrologie légale :
Elle est concernée par les mesures qui ont une influence sur la transparence des
transactions économiques, sur la sante et la sécurité.
C’est l’ensemble des règles et exigences légales et réglementaire imposées par
l’Etat concernant le système national d’unités (unités légales, la fabrication et
l’utilisation des instruments de mesure utilisés dans le domaine du commerce, de la
santé, de la sécurité et la protection de l’environnement.
L’objectif principal de la métrologie légale est d’assurer aux citoyens des résultats
de mesures corrects lors :
• de transactions officielles et commerciales
• dans le cadre du travail, de la santé et de la sécurité.
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5. ROLE DE LA METROLOGIE DANS L’ENTREPRISE :
L'entreprise ne peut acquérir et donner l'assurance des moyens de contrôle de mesure
et d'essai que si elle maîtrise la connaissance des performances exactes de ses moyens
ainsi que leurs limites d'emploi et leurs comportements dans le temps.
La fonction métrologie dans l'entreprise est un investissement important qui concourt
à la qualité des différents produits, de façon simple, efficace, économique et sûre.
Le service métrologie est partie intégrante au service contrôle qualité. Son rôle peut se
résumer dans ce qui suit :
Assurer la gestion de tous les moyens de contrôle de mesure et d'essai en service,
Maîtriser l'aptitude à l'emploi de tous les moyens de contrôle de mesure et d'essai
utilisés dans l'entreprise et à en donner l'assurance, en réalisant des opérations
d’étalonnage et de vérification par rapport à des données préétablies.
La métrologie détient les étalons de référence,
La métrologie assure la surveillance qualitative à l'aide des étalons de référence qu'elle
détient ou par recours à des organismes agréés ou habilités,
Son rôle consiste aussi à informer et sensibiliser les utilisateurs, d'assurer la mise à
jour des documents : fiches de vie, procès verbal d’étalonnage, planning d’étalonnage,
etc.
Maintenir un potentiel de moyens de contrôle de mesure et d'essai adapté aux
caractéristiques à mesurer, au volume de la production et au niveau technique
recherché.
6. RELATION ENTRE LA METROLOGIE ET LA QUALITE :
Quiconque s’intéresse à la métrologie est sensible à la qualité, et réciproquement,
tant ces deux notions sont intimement liées.
Dans l'industrie, les activités d'étalonnage ou de vérification des équipements de
mesure ont pour but de garantir la qualité des mesures effectuées dans une entreprise
qui fabrique des objets (automobiles, avions, machines à laver, médicaments,
vêtements...) ou qui effectue des essais (laboratoires d'analyse, centres techniques...).
La métrologie devrait être considérée comme un des outils fondamentaux de la qualité,
l'outil incontournable pour garantir qu'un produit est conforme à ses spécifications en
prenant en compte l'incertitude de mesure toujours présente.
Actuellement, une entreprise ne se contente plus de fabriquer le meilleur produit, elle
veut maitriser le niveau de qualité du produit et ainsi pouvoir le garantir à ses clients.
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Et afin de répondre aux exigences des clients, les instruments de mesure doivent être
maitrisés suivant les normes ISO9001 et ISO10012.
7. LES ORGANISMES OFFICIELS INTERNATIONAUX :
7.1. La convention du Mètre :
La Convention du Mètre a été signée le 20 mai 1875 par 17 États Membres.
Cette convention diplomatique a eu pour but la promotion du Système
International d'unités (SI), et la création d'un bureau scientifique, le Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM). Fin 2011, elle compte 55 États
Membres dont 24 européens.
7.2. La Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) :
La CGPM se réunit au moins une fois tous les 6 ans sur convocation du
Ministère Français des Affaires Étrangères. La fréquence actuelle est de 4
ans. C'est une conférence diplomatique qui réunit les délégués des 55 États
Membres de la Convention du Mètre et les 34 membres associés à la CGPM
(au 01/08/2011).
La CGPM a pour mission :
-
d'élire les membres du CIPM ;
-
de discuter et de décider des mesures nécessaires pour assurer
l'extension et l'amélioration de la mise en œuvre du Système
International d'unités, le SI.
-
de sanctionner les résultats des nouvelles déterminations métrologiques
fondamentales et d'adopter les diverses résolutions scientifiques de
portée internationale ;
-
d'adopter les décisions importantes concernant le fonctionnement et le
développement du BIPM.
7.3. Le Comité International des Poids et Mesures (CIPM) :
Le CIPM se réunit annuellement. Il est composé de 18 personnalités,
scientifiques et métrologistes appartenant à des nationalités différentes, élues
à titre personnel par la CGPM. La représentation de la France est obligatoire.
Le CIPM a pour mission :
-
de préparer les propositions et recommandations à soumettre à la
CGPM ;
-
de superviser et diriger les travaux du BIPM ;
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Chapitre1: Généralités sur la Métrologie Industrielle
-
d'établir un rapport annuel sur la situation financière et administrative
du BIPM.
7.4. Les Comités Consultatifs (CC) :
Les Comités Consultatifs sont composés d'experts et de spécialistes mondiaux
travaillant dans les Instituts Nationaux de Métrologie. Le nombre de membres
est limité, tous les États Membres de la Convention du Mètre ne sont donc
pas représentés dans chacun des CC. La présidence d'un Comité est assurée
par un membre du CIPM. Les CC ont pour mission :
-
d'étudier les travaux et progrès scientifiques et techniques réalisés, et
leurs conséquences en métrologie ;
-
de préparer les recommandations qui seront discutées par le CIPM puis
présentées à la CGPM ;
-
d'organiser des comparaisons internationales des étalons de mesure et
d'analyser leurs résultats ;
-
d'émettre des recommandations sur les travaux que pourrait effectuer le
BIPM.
7.5. Bureau International des Poids et Mesures BIPM
Est un laboratoire de métrologie scientifique dont la mission essentielle est
d'assurer l'uniformité des mesures (aussi bien physiques que chimiques) dans
le monde. Le Directeur du BIPM est nommé par la CGPM.
Le BIPM effectue des recherches fondamentales visant à améliorer les étalons
de références en collaboration avec les Instituts Nationaux de
Métrologie, de participer et d'organiser des comparaisons internationales, de
conserver les étalons de référence dont il a la charge.
7.6. Organisation Internationale de Métrologie Légale OIML
L’Organisation internationale de métrologie légale, l’OIML, a été établie en
1955 sur la base d’une convention de façon a promouvoir l’harmonisation
globale des procédures de métrologie légale. L’OIML est une organisation
d’une traite intergouvernementale avec 59 pays membres qui participent aux
activités techniques, et 55 pays membres correspondants comme
observateurs.
L’OIML coopère avec la Convention du mètre et le BIPM sur
l’harmonisation international de la métrologie légale. L’OIML traite avec
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Chapitre1: Généralités sur la Métrologie Industrielle
plus de 100 institutions régionales et internationales pour les activités en
métrologie, en normalisation et de domaines connexes.
8. LES NORMES ET RECOMMANDATIONS EN METROLOGIE :
Voici quelques exemples de normes qui régissent, définissent, organisent et apportent
des compétences dans le domaine de la métrologie industrielle :
‐ SO 9001 V2000 : Maîtrise des dispositifs de surveillance et de mesure, (L’organisme
doit planifier et mettre en œuvre les processus de surveillance, de mesure, d’analyse et
d’amélioration…)
‐ NF ENV 13005 : Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM)
‐ NF EN ISO 10012 : Système de management de la mesure ‐ Exigences pour les
processus et les équipements de mesure
‐ NF EN ISO 14253‐1 : Spécification géométrique des produits, règles de décision
pour prouver la conformité ou la non-conformité à la spécification.
9. CONCLUSION :
Dans ce chapitre, nous avons abordé plusieurs aspects de la métrologie qui sont
toutefois reliés par le désir d'obtenir des mesures de plus en plus précises et crédibles,
avaient pour seul objectif de mieux situer leur utilité dans le vaste mouvement
scientifique et technique.
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