Métrologie - Définition

Modèle de mesure

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, 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

• produire de la connaissance : plutôt que de construire une série d'objets ayant des caractéristiques différentes, il est plus simple de manipuler les chiffres, de simuler l'effet d'une variation sur tel ou tel paramètre (on ne produira des objets qu'en fin d'étude, pour vérifier la validité du modèle) ;
• agir sur la réalité qu'il représente : le fait de fixer l'intensité d'un phénomène (« pilotage » du phénomène).

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.

Étalonnage, vérification et ajustage d'un appareil

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.

Mesure d'une grandeur

La mesure se fait à l'aide d'un instrument de mesure qui donne un nombre.

La mesure peut se faire par comparaison :

• pour mesurer les longueurs, on peut comparer la dimension de l'objet avec celles d'un objet de référence, comme une règle graduée ;
• de la même manière pour les angles, on peut utiliser un rapporteur gradué ;
• pour mesurer la masse, on peut utiliser une balance de Roberval avec des masses marquées en laiton.

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 :

• l'allongement d'un ressort est proportionnel à la force, donc en mesurant une longueur, on déduit la force.
• À un endroit donné de la Terre, la masse est proportionnelle au poids, donc en mesurant le poids (une force), on peut déduire la masse.
• Un courant électrique parcourant une bobine crée un champ magnétique ; ce champ attire une aiguille métallique qui est retenue par un ressort de rappel. On a donc transformé un courant électrique en force, puis une force en déviation angulaire, la déviation étant lisible à l'aide d'un compas, c'est le principe de l'ampèremètre.
• Pour mesurer une vitesse, les radars d'autoroute (cinémomètres) utilisent le décalage de fréquence d'une onde électromagnétique selon l'effet Doppler-Fizeau ; on a donc transformé une vitesse en une différence de fréquence.

De nombreux phénomènes peuvent être transformés en courant électrique, par exemple l'intensité lumineuse (avec une diode photoréceptrice), une force (par un cristal 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 ou qui la stockent dans un ordinateur.