Tolérance géométrique - Définition

Introduction

En dessin technique, les tolérances géométriques, aussi appelés tolérances de forme et de position, ont pour objet la maîtrise de la géométrie de l'objet à fabriquer.

On parle aussi de spécification géométrique de produits, ou geometrical product specification, d'où le terme cotation GPS. On parle aussi de cotation ISO, la cotation étant définie par une série de normes ISO.

Utilité

Une pièce est manufacturée pour remplir des fonctions. Certaines fonctions ne sont remplies que si la pièce a une forme définie, ce qui détermine la manière dont elle est conçue, dessinée. Cependant, l'objet réel, fabriqué, possède des défauts. La cotation fonctionnelle a pour but de définir les défauts acceptables.

Dans la cotation fonctionnelle, on distingue

• les tolérances dimensionnelles, qui déterminent les dimensions (longueur, largeur, rayon ou diamètre, …) ainsi que le jeu permettant le montage, le démontage et les mouvements ;
• les tolérances géométriques, étudiées ici.

La cotation GPS a pour but de lever les ambiguïtés sur les plans. En particulier, l'organisation de l'entreprise tend de plus en plus vers l'externalisation (recours à la sous-traitance) et l'internationalisation ; la personne qui doit interpréter le plan n'a donc pas nécessairement les mêmes habitudes que la personne qui l'a conçu. La mise en œuvre de la cotation GPS est surtout intéressante dans le contexte des grandes séries, en raison de la démarche à mettre en route, en particulier de formation des différents intervenants et de contrôle.

Démarche

On part d'une pièce dite « idéale ». L'idée générale est de comparer la pièce réelle, fabriquée, à la pièce idéale. Il faut donc pour cela procéder à des contrôles, soit par des moyens classiques — pied à coulisse, micromètre, marbre, cales et comparateur, piges, jauges, … —, soit avec une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT ou « tridim' »).

Considérons une partie fonctionnelle de la pièce, par exemple un alésage (trou calibré). La cotation dimensionnelle va définir les variations admissibles du diamètre par rapport à la cote nominale, mais il peut aussi être nécessaire de préciser, par exemple,

• la perpendicularité par rapport à la surface ;
• le parallélisme de l'axe de l'alésage par rapport à un autre alésage ;
• la « régularité » du trou (cylindricité) ;
• …

Prenons l'exemple de la perpendicularité. Mathématiquement, on peut facilement déterminer l'angle que fait l'axe d'un cylindre par rapport à un plan. Mais ici, nous sommes en présence d'une surface réputée cylindrique — on dit encore nominalement cylindrique — et d'une surface réputée plane, mais qui présentent des irrégularités. Il faut donc, à partir de ces surfaces imparfaites, non-idéales, construire des surfaces parfaites, et les comparer.

Il existe plusieurs manières de faire, mais les normes en la matière s'attachent à permettre tant que faire se peut un contrôle par des moyens classiques.

Histoire des premières spécifications

La notion d'interchangeabilité a été développée par le général français Jean-Baptiste de Gribeauval dès 1765. Un des intérêts à l’époque était de pouvoir échanger des pièces défectueuses de mousquets et de pistolets avec des pièces de remplacement récupérées sur d’autres pistolets sur le champ de bataille même. C’est à ce moment-là que les notions de géométrie idéale et de réalisation imparfaite ont pris tout leur sens. Des méthodes ont été conçues pour contraindre les variations géométriques et les vérifier par des calibres entre/n’entre pas.

Le « principe de Taylor » apparaît sous la norme ISO/R 1938 de 1971, pour devenir ensuite le « principe d'enveloppe » qui vient de disparaître pour « l'exigence d'enveloppe » dans la dernière révision des normes ISO 8015 et ISO 286-1.

Au début des années 1990, un premier constat sur les normes relatives au tolérancement et à la métrologie révèle les lacunes et les contradictions. La raison provient des trois différentes instances en charges de ces questions, les instances :

• ISO/TC 3 « ajustement-métrologie » (Allemagne),
• ISO/TC 10/SC5 « cotation et tolérancement » (USA) et
• l'ISO/TC 57 « états de surface » (Russie).

Les normes sont développées au coup par coup sans une vision globale. Pour répondre à la continuité de la chaîne d'information du produit, de son opérateur de spécification à son opérateur de vérification, une première norme est élaborée établissant un schéma directeur des normes et des travaux à entreprendre, la norme FD CR ISO/TR 14638, décembre 1996. Cette norme met en place une matrice des chaînes de normes GPS générale, la matrice GPS. Dès lors, les normes ISO de spécification du produit deviennent des normes ISO-GPS.

La normalisation est une activité essentiellement technique à vocation économique.

F. Contet, lors de la présentation du séminaire : Cotation ISO : les nouvelles normes, quelles conséquences ?.

Les normes en question sont :

• FD CR ISO/TR 14638 : 1996;
• ISO/DIS 14659 : 2007
• ISO TS 17450-1 : 2005 ;
• ISO TS 17450 -2 : 2004;
• ISO/FDIS 25378 :2007;
• ISO 14 660 -1 : 1999;
• ISO 14 660 -2 : 1999;
• ISO 8015 : 2006; (qui risque à court terme de disparaître, remplacé par l'ISO/FDIS 14405 :2006 et par l'ISO/DIS 14659 : 2007)
• ISO 3040 : 1990;
• ISO/FDIS 14405 :2006
• ISO/FDIS 5459 : 2005 ( des apports majeurs par rapport à la version de 1981);
• ISO 2692 : 2006 ( attention des modifications profondes par rapport à la version précédente);
• ISO 1101 : 2006 ;
• ISO 5458 : 1999 ( qui risque de disparaître par l'amendement à venir de l'ISO 1101);
• ISO 10578 : 1996 ( qui risque de disparaître par l'amendement à venir de l'ISO 1101);
• ISO 10579 : 1994 ( qui risque de disparaître par l'amendement à venir de l'ISO 1101 et l'ISO/FDIS 14405);

En France, la cotation GPS a été introduite au programme de l'enseignement technique ( avec les « fiches GPS ») au milieu des années 1990, sous l'impulsion d'un inspecteur général, suite à un séminaire national de l'IGEN.