La métrologie est la science de la mesure au sens le plus large.
La mesure est l'opération qui consiste à donner une valeur à une observation. Par exemple, la mesure des dimensions d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) va donner les valeurs chiffrées de sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...), sa largeur…
Le terme désigne également l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des technologies de mesure utilisées dans l'industrie.
Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le monde (Le mot monde peut désigner :) possède des notions de mesure :
La mesure est donc une notion indispensable en sciences tout comme dans la vie (La vie est le nom donné :) en société. Elle permet d'exprimer une grandeur par un symbole (un mot, un dessin, un nombre). Les nombres peuvent ensuite être manipulés avec l'aide des mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...). Quand elle utilise un modèle numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....), elle s'appuie sur la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de la mesure.
L'attribution d'une valeur chiffrée à une mesure est liée à la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) d'une unité basée sur un étalon. Par exemple, l'étalon de la masse est conservé au Bureau international des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) et mesures (BIPM, Paris). On compare toute quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques...) à cet étalon masse, à ses multiples ou sous multiples de sorte que la mesure conduit à : " l'objet fait n fois l'étalon masse ".
Un nom appelé unité est défini pour chaque étalon. L'unité associée à la masse est le kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international...) (abrégé en " kg "), de sorte que la phrase ci-dessus devient : " l'objet fait n kilogrammes ".
Une grandeur s'exprime donc par sa mesure dans une unité :
Toute mesure est nécessairement entachée d'erreurs pour différentes raisons. Une mesure expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) n'a donc de valeur que si on lui associe une estimation de l'erreur (ex : " la poutre mesure 1 m de long à 5 mm près "). Cette estimation de la précision s'appelle " erreur absolue ", " barre d'erreur " (en raison de sa représentation graphique) ou " incertitude absolue " que l'on exprime de préférence avec la même unité que celle utilisée pour exprimer la mesure de la grandeur.
L'évaluation de cette erreur correspond à la branche des mathématiques appelée calcul d'incertitude. Dans le cas des modèles numériques, la mesure doit être associée à une incertitude et un intervalle confiance.
De manière générale, il faut considérer la notion de modèle. Un modèle est une représentation abstraite, simplifiée, d'un phénomène et qui se ramène à des paramètres, des grandeurs ; par exemple dans le cas de l'objet sus-cité, le modèle est un ensemble de grandeurs (longueur, largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...), profondeur, épaisseur, masse, couleur…). La métrologie couvre les méthodes et techniques qui permettent de paramétrer un modèle destiné à représenter la réalité. Une fois ce modèle paramétré, il peut être étudié et manipulé de façon à
La réalité concernée est usuellement la " réalité physique ", mais peut aussi être une réalité économique, sociologique, psychologique. Les modèles sont des modèles numériques ou linguistiques.
Jusqu'à la Renaissance européenne, les grandeurs étaient évaluées en comparaison avec des références humaines, comme le pied, le pouce ou la ligne (1/12ede pouce) pour les longueurs (souvent les organes des rois et empereurs), le journal pour la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) (champ gérable par une personne s'en occupant quotidiennement)…
Chaque pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...), chaque région même, avait ses unités de mesure. L'Empire allemand ne comptait pas moins de 19 pieds de longueurs différentes, le reste de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) 18 autres. Ceci compliquait les échanges commerciaux et gênait la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) des connaissances (Voir Unités de mesure de l'Ancien Régime).
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 (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) " 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 (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) comme référence de longueur pour bâtir le mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...).
L'avantage de l'étalon " universel " est que les scientifiques de tous les pays peuvent échanger leurs résultats sans ambiguïté.
Il faut un phénomène de référence pour chaque grandeur mesurable. Cependant, il est possible d'utiliser des grandeurs pour en exprimer d'autres. En procédant ainsi, les étalons ont été réduit à sept grandeurs de base :
Ces unités forment les unités de base du système international (uSI).
Les autres unités sont définies sans avoir à utiliser d'autre phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Par exemple :
Les étalons " universels " sont les étalons de la Convention du Mètre, définissant les unités du système international (SI). S'ils permettent des déterminations précises, ils ne sont pas forcément facilement exploitables, utilisables sur les lieux où doit se faire l'étalonnage. Il faut donc des étalons " spécifiques ", plus pratiques d'utilisation, qui sont eux-mêmes calibrés à partir des étalons universels.
Par exemple, la masse étalon du BIPM sert de référence pour des masses étalon spécifiques qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à étalonner les balances chez le fabriquant.
Un utilisateur d'une machine de mesure fabrique parfois lui-même ses propres étalons ; par exemple, pour l'analyse chimique, les utilisateurs fabriquent souvent des solutions à partir de produits purs pour étalonner leurs appareils d'analyse. Les organismes de normalisation nationaux et internationaux fournissent souvent des étalons spécifiques certifiés par leurs services.
Les étalons peuvent être :
On se souviendra que la sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour...) martienne Mars Climate Orbiter (Mars Climate Orbiter (anciennement Mars Surveyor Orbiter) était l'une des deux sondes spatiales du...) s'est écrasée sur la planète Rouge (Planète rouge (Red Planet) est un film américain réalisé par Antony Hoffman,...) car une équipe exprimait les longueurs en mètres alors que l'autre les exprimait en pieds (voir : Exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) Mars).
Pour qu'un étalon soit reconnu, il faut que les utilisateurs des appareils de mesure connaissent son existence et acceptent de l'utiliser. Ce rôle de sélection et de reconnaissance des étalons est délégué à des organismes de normalisation (standardisation en anglais).
Il y a deux organismes reconnus internationalement :
Chaque pays a par la suite son propre organisme de normalisation : Association française de normalisation — Afnor en France, le National Institute for Science and Technology — NIST aux États-Unis, le Deutsches Institut für Normung — DIN en Allemagne, l'Institut belge de normalisation — IBN en Belgique, le British Standards Institution — BSI au Royaume-Uni, l' Office fédéral de Métrologie — METAS en Suisse … Notons que ces organismes nationaux sont privés (l'Afnor par exemple est une association regroupant les industriels) et que les normes qu'ils éditent ne sont pas libres de droit mais payantes.
La mesure se fait à l'aide d'un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) ou d'un appareil qui donne un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...).
La mesure peut se faire par comparaison :
Cette comparaison peut faire intervenir un dispositif modifiant l'intensité du phénomène, comme par exemple un effet de levier dans les balances à fléau pour mesurer la masse.
La mesure peut transformer un phénomène physique en un autre plus facilement mesurable ; l'intensité du phénomène à mesurer doit être reliée au phénomène mesuré de manière non ambiguë. Par exemple :
De nombreux phénomènes peuvent être transformés en courant électrique, par exemple l'intensité lumineuse (avec une diode photoréceptrice), une force (par un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) piézoélectrique)… Ainsi, la plupart des appareils de mesure moderne évaluent au final une intensité de courant électrique.
On distingue les appareils analogiques, pour lesquels la mesure est lue sur un cadran avec une aiguille, et les appareils numériques qui affichent une valeur numérique sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) ou qui la stockent dans un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...).
L'étalonnage est l'opération qui consiste à comparer les valeurs indiquées par l'appareil à étalonner avec les valeurs de références correspondantes (étalons). Dans certains domaines réglementés, l'étalonnage est obligatoire, par exemple lorsque les erreurs peuvent provoquer des accidents, des dérives sur la qualité d'un produit ou dans les opérations d'échanges commerciaux (métrologie légale).
La vérification métrologique consiste à apporter la preuve par des mesures (étalonnage) que des exigences spécifiées 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).
L'ajustage consiste à ramener l'appareil dans des tolérances d'exactitude de mesure plus fine.
Voir l'article détaillé : Échantillonnage
Dans certains cas, le phénomène que l'on veut évaluer n'est pas homogène, il faut donc faire plusieurs mesures.
Par exemple, si l'on veut mesurer l'épaisseur d'une plaque, il faut le faire en plusieurs endroits car l'épaisseur n'est pas strictement constante. Si l'on veut connaître la composition chimique d'un pétrole brut (Le pétrole brut provient de l'exploitation d'un puits, à l'issue des traitements de...) dans les soutes d'un pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses...) super-tanker, il faut faire des prélèvements en plusieurs endroits ; notamment, en raison de la décantation, les produits lourds sont au fond et les produits légers au-dessus. En géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et...), il faut prélever des roches en plusieurs endroits pour déterminer la nature du sol. Lorsque l'objet est assez petit et liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) ou pulvérulent, on peut se contenter de le brasser (voir de le broyer pour un solide) avant d'en prélever une petite quantité.
Le cas d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante...) le plus connu, et sans doute le plus problématique, est celui des sondages d'opinion ; les organismes de sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage...) s'attachent à interroger un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) (ou panel) dit représentatif de la population, notamment en ce qui concerne le sexe (Le mot sexe désigne souvent l'appareil reproducteur, ou l’acte sexuel et la...), l'âge, les revenus, le métier pratiqué, le lieu d'habitation…
La précision détermine l'efficacité de la méthode de mesure. Mais la précision ayant un coût, il est parfois nuisible de faire de la surprécision.
Lorsque la mesure débouche sur une sélection valable/non-valable, bon-candidat/mauvais-candidat (candidat au sens large d'événement), il faut s'attacher à avoir une méthode
La sensibilité est capacité à sélectionner les bons " candidats ", la sélectivité est la capacité à éliminer les mauvais " candidats ".
On peut distinguer par exemple:
Nous citerons les mesures faites sur des développements avec preuve. Par exemple, lors des développements faits avec la méthode B (La méthode B est une méthode formelle de développement logiciel qui permet de modéliser de...), on compte le nombre de preuves automatiques, interactives. On calcule le rapport entre nombre de lignes de spécification et nombre de lignes de code exécutable généré.
La mesure en sciences est l'outil permettant de décrire ce que l'on observe de façon précise et reproductible.
Voir les articles