Qu’est-ce que la métrologie ?

La métrologie vient de deux termes grecs : « metron » et « logos » qui signifient littéralement « l’étude des mesures » ; c’est la science de la mesure.

Le Bureau International des Poids et des Mesures – BIPM, nous dit : “La métrologie est la science de la mesure ; elle embrasse à la fois les déterminations expérimentales et théoriques à tous les niveaux d’incertitude et dans tous les domaines des sciences et de la technologie.”

La métrologie débuta des siècles auparavant, lors des premiers échanges commerciaux. Ce sont les Égyptiens qui définirent la mesure d’un pied. Ils définirent la mesure du doigt romain, puis ensuite du pied romain, soit 16 doigts – un pied romain vaut 296 352 μm, quelle précision ! La métrologie est apparue pour des raisons essentiellement économiques. La précision d’une pesée ou d’une mesure influent sur les échanges de matières, une erreur de mesure peut fausser l’intégralité d’une transaction.

Prenons un exemple : Monsieur X achète toutes les semaines un kilogramme de légumes, qu’on retrouve toute l’année. Cependant, la balance du primeur n’est pas correctement étalonnée. À chaque kilogramme vendu, la masse réelle est de 950 grammes ; 50 grammes ne semblent pas significatifs, mais au terme des 52 semaines écoulées, Monsieur X aura perdu 2,6 kilogrammes de légumes !

Monsieur X n’a décidément pas de chance avec ses légumes. Mais la chance tourne ! Toutes les 2 semaines, il va faire le plein d’essence à la pompe – 50 litres, ce n’est pas une grosse voiture, un petit moteur à essence. À chaque litre d’essence distribuée, la pompe est mal réglée et distribue 2 centilitres de plus, l’équivalent d’une cuillère à soupe par litre, négligeable ! Un rapide calcul montre qu’à chaque plein, le pompiste perd 100 cL d’essence ; à l’année, 26 litres d’essence sont offerts au client, une trentaine d’euros par client et par an, la chance tourne.

Aujourd’hui, la métrologie est bien plus évoluée. Elle est utilisée dans les grands domaines technologiques.

Vous possédez une tablette – une machine qui semble tellement simple de nos jours – mais si vous regardez à l’intérieur, vous commencerez à comprendre la grande part que joue la métrologie dans le design de cet objet. Pour l’écran tactile si sophistiqué, les mesures d’épaisseur sont critiques pour la forme et le bon fonctionnement du produit. Ce ne sont que des exemples. Mais si vous regardez autour de vous, vous constaterez la part essentielle que joue la métrologie dans tout ce que nous faisons.

Toutes les industries dépendent de la métrologie pour la qualité de leur travail – en fait certaines d’entre elles voient leurs coûts dépendre à 50 % de la métrologie.

Un peu d’histoire

En 1790, au milieu de la Révolution Française, l’Assemblée Nationale Française a demandé à l’Académie française des sciences de « déduire une norme invariable pour toutes les mesures et tous les poids. » L’unité de longueur décidée était le mètre. Ce nom a été dérivé du mot métron grec, signifiant mesure. Les autres unités devaient être dérivées de l’unité de longueur. Ainsi, un système évolué dans lequel les unités de base du système sont liées les unes aux autres vit le jour.

Il fut décidé que les versions plus grandes et plus petites de chaque unité devaient être créées en multipliant ou en divisant les unités de base par 10. Les calculs dans le système métrique pouvaient donc être réalisées simplement en déplaçant le point décimal. Le système métrique est un système décimal.

Le système métrique n’a pas été initialement accepté avec beaucoup d’enthousiasme.

Cependant, la France a rendu son utilisation obligatoire en 1840. L’adoption par d’autres États eut lieu régulièrement – les caractères et décimales normalisés du système métrique étant bien adaptés aux travaux scientifiques.

Un acte du Congrès des États-Unis en 1866 a permis “d’employer les poids et mesures du système métrique dans tous les contrats, les transactions ou les procédures judiciaires.”

En 1875, la Convention du Mètre mit en place des normes métriques bien définies pour la longueur et la masse. Un total de 17 États, y compris les États-Unis, signèrent la Convention – la Convention du Mètre.

En 1900, un total de 35 États, les principaux pays de l’Europe continentale et la plupart des états d’Amérique du Sud, acceptent officiellement le système métrique.

La Convention du Mètre est le traité qui a créé le Bureau International des Poids et Mesures – BIPM – une organisation intergouvernementale sous la direction et la surveillance du Comité International des Poids et Mesures – CIPM. La première réunion eut lieu en 1889 et continue d’être tenue une fois tous les quatre à six ans.

Les efforts constants du CIPM pour améliorer le système métrique a entraîné l’ajout de nouvelles unités de mesure : le mètre, le kilogramme, la seconde, l’ampère, le kelvin, la mole et la candela. Le Système International d’unités de mesure était né.

La version moderne du système métrique SI possède sept unités de base, à partir desquelles toutes les autres unités de mesure sont dérivées.

Aujourd’hui, seul le kilogramme reste une unité basée sur un artefact physique, le kilogramme étalon, gardé près de Paris. Toutes les autres unités sont définies en termes de longueur d’onde et le temps, qui peuvent être mesurées et reproduites avec un haut degré de précision.

Les mesures

La mesure est l’ensemble des opérations ayant pour objet de déterminer une valeur expérimentale – en tenant compte de l’environnement – appelée mesurande en la comparant directement ou indirectement à un étalon qui est la représentation matérielle de l’unité dans laquelle sera exprimée le mesurande.

Tout système de mesure est inéluctablement entaché d’erreurs :
– le système de mesure n’est jamais parfait puisqu’il est en général plus ou moins sensible à l’environnement (température, pression, humidité…)
– les étalons servant à l’étalonnage de l’instrumentation ne sont qu’une matérialisation imparfaite de la définition de l’unité qu’ils sont chargés de représenter – la mauvaise définition de la grandeur est elle-même une source d’erreur.

Il faut donc étalonner notre appareil de mesure – là est l’art de la métrologie. C’est par le biais de comparaisons que l’on peut étalonner – faire en sorte que les valeurs qu’il nous retourne soient en corrélation avec les valeurs basées sur celles de l’étalon. C’est la répétabilité des mesures qui nous assure un résultat correct.

Pour expliquer, prenons l’exemple d’une cible. Le centre de la cible est la valeur de l’étalon, la valeur considérée comme exacte – si, bien sûr, notre étalon n’est pas corrompu. Notre appareil de mesure, s’il est déréglé, nous donnera des points qui sont plus ou moins proches du centre de la cible. C’est en répétant encore et encore ces mesures et en ajustant l’appareil, qu’on arrivera peu à peu à se rapprocher du centre de la cible. Quand les mesures retournées par notre appareil sont suffisamment proches du centre de notre cible, on considère que notre appareil est étalonné – il touche dans le mille à chaque fois en somme.

Conclusion

Vous avez probablement lu ce texte via votre smartphone ou votre ordinateur. Petit jeu de devinettes : Comment est décidé le design de votre device ? Comment est mesurée la finesse de votre écran ? Le voltage de votre batterie ? Comment est mesurée la densité de pixels de votre écran – fullHD nous l’espérons ? La réponse est la métrologie.

Sans précision, pas d’uniformisation, pas d’industrialisation.

« Peu importe, il me reste les livres pour m’instruire ». Non plus, les imprimantes sont, elles aussi, étalonnées par cette science vieille de milliers d’années : la métrologie.