1.1
Le mot métrologie a une longue tradition et vient du mot grec qui signifie mesure.
C’est un dicton bien connu que la connaissance de toute chose n’est complète que lorsqu’elle peut être exprimée
en nombres et que l’on sait quelque chose à son sujet. Ainsi, pour chaque type de quantité mesurée, il doit
y avoir une unité pour la mesurer et l’exprimer en nombres de cette unité. De plus, pour que cette unité soit
suivie par tous et non par celui qui prend les mesures, il doit y avoir une norme universelle
et les différentes unités pour les divers paramètres d’importance doivent être standardisées. Le plus important
paramètre en métrologie est la « longueur » qui peut être mesurée sous plusieurs formes et de plusieurs façons.
Les mesures jouent un rôle vital dans tous les domaines d’investigation et les progrès scientifiques et
technologiques actuels ont résulté des progrès dans le domaine des mesures. En général,
les mesures sont faites pour augmenter notre connaissance et notre compréhension du monde en vue de
mener une vie meilleure. La science des mesures est vitale pour les échanges et le commerce et constitue la base de la
science et de la technologie modernes.
En métrologie, qui est littéralement la science des mesures, nous devons faire un pas en avant
et nous préoccuper également de l’exactitude des mesures. Nous devons voir si le résultat
est donné avec la justesse et la précision suffisantes pour le besoin particulier ou non. Ainsi, nous sommes principalement concernés par les méthodes de mesure basées sur des unités et des normes convenues. La métrologie
s’occupe donc de l’établissement, de la reproduction, de la conservation et du transfert des unités de
mesures et de leurs étalons. La pratique de la métrologie implique des mesures précises
nécessitant l’utilisation d’appareils et d’équipements (instruments et adjuvants nécessaires) pour permettre d’obtenir le
degré d’exactitude requis.
La métrologie, science des mesures, comprend tous les aspects à la fois théoriques et pratiques
en référence aux mesures, quelle que soit leur incertitude, et dans tous les domaines de la science ou
de la technologie où elles se produisent. La métrologie est donc aussi la science de la mesure associée à l’évaluation de son incertitude. Il est important de comprendre que le seul fait de mesurer n’est pas la spécificité
de la métrologie mais que le cœur de la métrologie réside dans la validation du résultat, notamment en précisant
ses limites réelles. La métrologie ne se limite pas seulement aux étalons de longueur et de masse mais à d’autres
paramètres dans des secteurs d’intérêt social, tels que la santé, la sécurité et la protection de l’environnement également.
Maîtriser la science de la mesure est une condition préalable au progrès de la science elle-même.
La fabrication industrielle et de nombreux domaines de la vie font appel à une activité de haut niveau scientifique et technique
auquel tout progrès réalisé doit l’être par des progrès en métrologie. L’automatisation croissante de la fabrication exige le plus haut niveau de précision. Il faut se rappeler
le célèbre dicton selon lequel la connaissance que l’homme a de la nature, de l’univers et de la manière d’adapter la nature à son
objectif, progresse au même rythme que sa capacité à mesurer avec précision.
Le métrologue doit comprendre les principes sous-jacents pour pouvoir concevoir et développer
de nouveaux instruments et aussi pour utiliser au mieux les instruments disponibles. La métrologie s’intéresse donc aussi aux méthodes, à l’exécution et à l’estimation de la précision des mesures ; aux
instruments de mesure et aux contrôleurs. Les normes actuelles de précision et de fiabilité sont si élevées
que les instincts et les sens élémentaires de l’homme sont inadaptés pour y faire face’. A cette fin, il faut utiliser
des instruments de mesure de précision et divers types de jauges et de comparateurs conventionnels et sophistiqués
.
On peut donc dire que la métrologie s’occupe principalement (i) d’établir les unités de
mesures, de reproduire ces unités sous forme d’étalons et d’assurer l’uniformité des
mesures, (ii) de mettre au point des méthodes de mesure, {Hi) d’analyser l’exactitude des méthodes de
mesure, d’établir l’incertitude de mesure, de rechercher les causes des
erreurs de mesure et de les éliminer.
Au sens large, la métrologie ne se limite pas à la mesure des longueurs mais s’intéresse également
à l’inspection industrielle et à ses différentes techniques. En raison de la grande révolution industrielle et du grand
progrès, l’inspection industrielle ne signifie pas simplement le respect des spécifications établies
par les fabricants. L’inspection, au sens propre, consiste plutôt à vérifier un produit à différents stades de sa fabrication, depuis la matière première jusqu’aux produits finis et même aux pièces assemblées sous forme de machines. L’inspection est effectuée à l’aide de jauges
et le métrologue est intimement lié à la conception, à la fabrication et à l’essai de jauges
de toutes sortes. La métrologie dynamique s’intéresse à la mesure de petites variations de nature continue.
La science de la mesure s’est développée aujourd’hui vers des équipements à commande et contrôle électroniques,
des systèmes assistés par ordinateur pour le contrôle en ligne, des instruments optomécaniques, laser et à fibre optique
, etc.
En ce qui concerne la mesure de longueur (contrôle dimensionnel), nous traiterons des mesures linéaires de non-
précision et de précision et étudierons les différents instruments utilisés à cette
fin. La standardisation des différentes unités est également importante et nous étudierons quelles sont les
différentes normes pour les mesures linéaires et comment on essaie de préserver et de maintenir
ces normes. Nous verrons également comment l’étalon d’onde lumineuse nous aide à nous passer des normes matérielles. Pour les mesures très précises, les méthodes basées sur les phénomènes d’interférence des ondes lumineuses
feront également l’objet d’un chapitre distinct.
Les activités métrologiques commencent par l’établissement d’étalons de mesure, l’évaluation de
différents paramètres physiques, y compris les dimensions, le développement d’instruments et de
techniques de mesure, et l’étalonnage des équipements d’essai et de mesure. Tout cela est essentiel pour une mesure correcte de la qualité des produits et des services fournis par l’industrie. L’industrie d’aujourd’hui n’exige pas seulement une réalisation ponctuelle, mais vise la conformité impliquant des aspects tels que la répétabilité, la reproductibilité, l’interchangeabilité, de très nombreuses dimensions et caractéristiques et la preuve de celles-ci, pour la confiance des producteurs et des clients. Ceci est possible par
la création de normes et de techniques de mesure.
En raison de la production de masse, on peut très facilement se rendre compte qu’il n’est pas possible de mesurer les
différents éléments d’un composant par des méthodes conventionnelles. Ainsi, d’autres dispositifs, c’est-à-dire des jauges et des
comparateurs, seront étudiés en détail. Par ailleurs, il n’est pas non plus conseillé de mesurer tous les composants
dans la production de masse s’ils sortent de machines automatiques. On verra que l’inspection de
quelques composants d’un grand lot est suffisante dans le cadre de l’étude du contrôle statistique de la qualité, dont la
connaissance est très essentielle de nos jours.
En ce qui concerne l’assemblage et le montage de divers composants, un certain système de limites et d’ajustements doit
être suivi tout au long et nous étudierons la norme indienne pour les « limites et ajustements ». Pour les produits assemblés sous forme de machine, il est essentiel que les mouvements relatifs des différentes parties de la machine se produisent de la manière souhaitée. Dans ce but, l’étude des tests d’alignement des machines-outils est très essentielle.
Plusieurs fois dans la production réelle, la mesure d’angle présente un grand problème et sa
compréhension approfondie et les différentes techniques impliquées dans celle-ci et la division circulaire forment une
partie importante de la métrologie. Parfois, nous rencontrons diverses mesures qui sont vraiment
assez typiques et les problèmes de ce type peuvent être facilement résolus à l’aide de quelques relations trigonométriques
. De telles mesures seront étudiées dans le chapitre des mesures diverses.
Il faut souligner ici que l’homme doit manipuler divers instruments et le sens du toucher’
joue un rôle très important. Afin que toutes les personnes obtiennent les mêmes lectures pour un composant par le même
instrument, l’instrument doit être conçu de telle manière qu’une pression toujours constante soit
appliquée entre le composant et l’instrument. De plus, l’instrument doit être tenu de telle sorte que le
sens du « toucher » présent dans la main soit libre de donner une décision correcte. Cependant, dans les machines universelles, une
tentative est faite pour éliminer les erreurs humaines dues aux différents sens du toucher et de la sensation.
De bonnes machines et leur bon fonctionnement demandent de très bonnes surfaces finies et donc
l’étude de la finition de surface et des différentes méthodes pour l’estimer quantitativement est très essentielle. L’outil le plus couramment utilisé par le métrologue est le « comparateur », qui sera étudié en détail séparément. Les essais des jauges et les mesures dynamiques méritent également toute notre attention.
Nous traiterons également de la mesure des filets de vis et des engrenages et
des jauges pour les filets de vis, car ce sont les pièces les plus populaires que l’on rencontre dans un atelier et
les machines.
Un chapitre est également consacré aux essais non destructifs des métaux et des alliages pour se familiariser
avec ces méthodes qui ne détruisent pas le matériau et en même temps vérifient toutes les
propriétés souhaitées et examinent la structure interne des matériaux pour l’homogénéité.
Il y a une grande conscience de la qualité et les industries adoptent l’approche de la gestion de la qualité totale
. Des chapitres ont donc été consacrés aux programmes d’assurance qualité et à la gestion de la qualité totale en référence à la norme ISO 9000. Un chapitre est également consacré aux systèmes de vision industrielle
.
Au sens large, la métrologie (la science et l’art de la mesure, de l’essai et de
l’évaluation de précision) est la science mère du développement technologique. Les progrès de l’industrie
dépendent, dans une large mesure, de la qualité et de la fiabilité de la précision dimensionnelle et de la précision
de la mesure d’autres caractéristiques physiques.
1.1.1.

La métrologie légale.

La métrologie légale est la partie de la métrologie qui traite des unités de
mesure, des méthodes de mesure et des instruments de mesure, en relation avec les
exigences statutaires, techniques et légales. Elle assure la sécurité et la précision appropriée des
mesures. L’absence de législation concernant diverses mesures conduira à une grande incertitude.
La métrologie légale est dirigée par une organisation nationale, à savoir le Service national de métrologie légale
dont l’objet est de résoudre les problèmes de métrologie légale dans un pays donné. Ses fonctions
sont d’assurer la conservation des étalons nationaux et de garantir leur exactitude par comparaison
avec les étalons internationaux ; et aussi de conférer l’exactitude appropriée aux étalons secondaires du
pays par comparaison avec les étalons internationaux.
L’organisation contemporaine de la métrologie comprend un certain nombre d’organisations
internationales à savoir : (a) l’Organisation internationale des poids et mesures : et (6) le Service national
de métrologie légale dont l’objet ultime est de maintenir l’uniformité des mesures à travers
le monde.
Les activités du service de métrologie légale sont : le contrôle (essai, vérification, stand-
normalisation) des instruments de mesure ; l’essai des prototypes/modèles d’instruments de mesure ;
l’examen d’un instrument de mesure pour vérifier sa conformité aux exigences légales, etc.
La métrologie légale trouve son application dans :
(i) les transactions commerciales (quantité nette)
(ii) les mesures industrielles (contrôle adéquat sur la précision des mesures, de manière à assurer
l’interchangeabilité en vue de promouvoir la production de masse.
(iii) les mesures nécessaires pour assurer la santé publique et la sécurité humaine.
Une loi nationale relative à la métrologie légale couvre les points suivants :
(i) les unités légales de mesure. En 1976, le Parlement a promulgué une loi complète, la
Loi sur les normes de poids et mesures de 1976, pour établir le système international d’unités (SI),
réglementer le commerce ou les échanges interétatiques en matière de poids et mesures, et prévoir d’autres questions
importantes du point de vue de la protection des consommateurs.
(ii) la présentation physique des unités légales ;
(Hi) la hiérarchie des normes – leur maintien et leur garde ;
Normes nationales (Echelon-I)
Normes de référence (Echelon-II)
Normes secondaires (Echelon-Ill A)
Normes de travail (Echelon-Ill B)
(iv) spécifications ou règlements techniques des instruments de mesure en ce qui concerne leurs
exigences métrologiques et techniques ;
(v) contrôle métrologique sur les instruments de mesure ; (approbation du modèle, vérification initiale,
vérification périodique ; vérification après réparation, inspection de l’utilisation des instruments de mesure)
(vi) contrôle métrologique sur les marchandises préemballées ;
(vii) contrôle sur la fabrication, la réparation et la vente des instruments de mesure ;
(viii) organisation/service concerné par la métrologie légale ;
(ix) prélèvement et perception des taxes ;
(x) sanctions des contraventions ;
(xi) formation du personnel.
1.1.2.

Métrologie déterministe.

C’est une nouvelle philosophie dans laquelle la mesure des pièces est
remplacée par la mesure des processus. Dans la métrologie déterministe, on tire pleinement parti de la nature
déterministe des machines de production (les machines sous contrôle automatique sont totalement déter-
ministes en performance) et tous les sous-systèmes de fabrication sont optimisés pour maintenir
la performance déterministe dans des niveaux de qualité acceptables. Dans cette science, les processus du système
sont surveillés par des capteurs de température, de pression, de débit, de force, de vibration, d’accoustique « empreinte digitale »,
ces capteurs étant rapides et non intrusifs. Les nouvelles techniques telles que la compensation d’erreur 3D par
les systèmes CNC (Computer Numerical Control) et les systèmes experts sont appliquées, conduisant à un contrôle entièrement
adaptatif. Cette technologie est utilisée pour les machines de fabrication de très haute précision et
les systèmes de contrôle pour atteindre des précisions microtechniques et nanotechnologiques.