Base documentaire

Bienvenue dans la section base documentaire.

Cette section regroupe toutes les informations que nous souhaitons partager sur le domaine de la métrologie. Elle est divisée en trois catégories:

  1. Les généralités sur la métrologie
  2. La métrologie dans l’entreprise
  3. La métrologie en pratique
  4. Les méthodes de mesure

Sources: http://www.ag2m.fr/base-documentaire.html

1. Généralités sur la métrologie

Afin de rester compétitif, les entreprises industrielles se doivent d’assurer et améliorer la qualité de leurs produits. Cela impose aux entreprises une maîtrise de leurs instruments de mesure.

En effet, dans tous secteurs d’activités, des mesures sont nécessaires pour maitriser les processus de fabrication et garantir la conformité des produits vendus.

Cependant, les mesures relevées ne peuvent être considérées exactes qu’à condition que les instruments de mesure utilisés fassent l’objet d’une gestion particulière. Cette gestion fait partie des activités de la fonction métrologique.

C’est pourquoi, il est primordial de mettre en place la fonction métrologique au sein de l’entreprise. Celle-ci permet de cibler les actions en fonction des besoins réels de l’entreprise, d’assurer la maîtrise des instruments à tout moment et ainsi apporter une amélioration continue de la qualité.

1.1 Le système de management de la mesure

Le schéma ci-dessous représente le système de management de la mesure décrit par les textes normatifs.

Tout comme le système de management qualité, le but est de satisfaire les exigences du client.

1.2 Les organismes

1.2.1 Bureau international des poids et mesures (BIPM)

La nécessité d’universalité et d’unification des mesures impliquait l’existence d’une organisation internationale indépendante chargée de créer un ensemble de références précises, acceptées par tout le monde et accessibles dans tous les domaines où la mesure est nécessaire. Il s’agit du Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Il a été créé le 20 Mai 1875 sur un accord entre plusieurs pays. Les états représentés s’engagent à utiliser et à diffuser le système métrique en vue de concourir à l’uniformité des mesures dans le monde.

Pour plus d’infos: www.bipm.org

1.2.2 Organisation internationale de la métrologie légale (OIML)

Elle a été créée en 1955, son siège est situé à Paris. Cette organisation est chargée d’harmoniser au niveau international les règlements métrologiques, les méthodes et les moyens de contrôle des instruments.

L’OIML produit des recommandations internationales qui définissent les performances à atteindre par les instruments. Les pays peuvent ensuite fonder leur propre réglementation sur ces recommandations internationales.

Les domaines concernés par ces recommandations sont :

  • Généralités sur la métrologie
  • Etalons et équipements de vérification
  • Masses et masses volumiques
  • Longueurs et vitesses
  • Mesurage des liquides
  • Mesurage des gaz
  • Pressions
  • Températures
  • Electricité
  • Acoustique et vibrations
  • Environnement
  • Mesures physico-chimiques
  • Instruments médicaux
  • Essais des matériaux
  • Préemballages

Pour plus d’info:www.oiml.org

1.3 Les différentes métrologie

1.3.1 La métrologie légale

Le nom de métrologie légale est associé aux mesures intervenant dans le cadre de la législation. Cette législation est propre à chaque pays. Dans la plupart, on parle de métrologie légale lorsque la mesure est utilisée pour des transactions commerciales.

Cette métrologie a pour missions de:

  • Assurer la fiabilité des mesures et prévenir les fraudes.
  • Permettre aux industriels de disposer d’instruments adaptés à leurs besoins
  • Soutenir la performance et la compétitivité des fabricants nationaux d’instruments de mesure.
  • Permettre, par le biais de l’OIML, les transactions commerciales vers l’international.

Exemple de familles d’instruments pouvant faire l’objet d’une métrologie légale:

  • Balances
  • analyseurs de gaz ( CO2, CO)
  • Pompes à essence

1.3.2 La métrologie scientifique

Le terme de métrologie scientifique est employé dans le cadre de la définition des unités de mesure. C’est ce qui permet d’avoir un langage universel pour l’expression de la mesure d’une grandeur.

Ces unités sont matérialisées par des références que l’on appelle « étalon primaires ». Ces références sont gardées dans des laboratoires dits primaires, tels que le LNE.

1.3.3 La métrologie industrielle

La métrologie dite industrielle est la plus utilisée actuellement, car elle correspond à une métrologie efficace et adaptée aux besoins de l’entreprise, suivant les domaines d’activités (agro alimentaire, automobile, métallurgie, électronique, chimique …)

Elle permet la gestion des instruments de mesure nécessaires à la maîtrise des processus de fabrication et par conséquent à la fiabilité des produits vendus. Cette métrologie est appliquée via la fonction métrologique de l’entreprise et est la plus fréquemment utilisée par les industriels.

1.4 La relation entre métrologie et qualité

La métrologie est un élément essentiel de la qualité. Elle est un piler au même titre que la normalisation et la certification.

Actuellement, une entreprise ne se contente plus de fabriquer le meilleur produit, elle veut maitriser le niveau de qualité du produit et ainsi pouvoir le garantir à ses clients. Et afin de répondre aux exigences des clients, les instruments de mesure doivent être maitrisés suivant les normes ISO9001 et ISO10012.

Les mesures associées au processus de fabrication permettent d’être objectif concernant la qualité d’un produit. Il est donc important que les mesures soient significatives et indiscutables. C’est pourquoi, le rattachement au étalons nationaux est primordial.

1.5 La chaîne d’étalonnage

1.6 Les principales normes sur la métrologie

Dans le domaine de la gestion intégrale de la qualité, on distingue 5 normes ISO différentes :

  • L’ISO-9000 n’est pas une norme au sens strict du terme; elle définit, en fait, un cadre général et donne les lignes directrices pour la sélection et l’utilisation des autres normes dont elle fournit une brève description ;
  • L’ISO-9001 présente un modèle d’assurance-qualité en conception, développement, production, installation et prestations associées. Cette norme est la plus poussée des norme ISO-9000 et fournit un modèle total ;
  • L’ISO-9002 régit la production, l’installation et les prestations associées ; cette certification est visée surtout par les entreprises qui ne développent pas de produits et de service à la clientèle ;
  • L’ISO-9003 offre un modèle d’assurance-qualité en contrôle et essais finals ; cette certification fournit la preuve officielle que le contrôle final et les essais finals ont été correctement effectués ;
  • L’ISO-9004 fournit aux entreprises des directives pour mettre en place un système de gestion de la qualité; cette norme correspond en fait à un manuel détaillé.

En résumé, trois normes contiennent des modèles d’application (9001, 9002 et 9003) tandis que les normes 9000 et 9004 servent plutôt de guide à l’ application des trois autres normes. Elles offrent une bonne base pour se faire une idée de la gestion intégrale de la qualité.

Voici quelques normes qui régissent, définissent, organisent et apportent des compétences dans le domaine de la métrologie industrielle :

  • ISO 9001:2008 : au chap.7.6 : Maîtrise des équipements de surveillance et de mesure et au chap.8 : Mesure, analyse et amélioration.
  • ISO 10012:2003 : Système de management de la mesure
  • NF ENV 13005 : Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM),
  • NF EN ISO 14253-1 : Spécification géométrique des produits, règles de décision pour prouver la conformité ou la non conformité à la spécification,
  • Toute la série des normes et fascicules de documentation X07-… qui traitent de la métrologie dans l’entreprise.

2. La métrologie dans l'entreprise

Toute démarche qualité, s’appuie sur des essais et des mesures. La qualité de ces mesures repose sur une bonne métrologie.

La mise en place au sein de l’entreprise d’une organisation qui sera chargé de la gestion de son parc d’instrument de mesure, est le moyen privilégié pour atteindre cet objectif, il s’agit de « la fonction métrologique ».

2.1 La fonction métrologique

2.1.1 Le but et le rôle de la fonction métrologique

Le but est :

D’assurer la maîtrise de l’aptitude à l’emploi de tous les moyens de mesure utilisés dans l’entreprise et en donner l’assurance.

Le rôle est :

De mener des actions nécessaires pour élaborer, gérer et entretenir le parc des instruments de mesure, de contrôle et d’essai pour garantir la fiabilité du processus de fabrication dans le respect des exigences normatives, qu’elles soient internes ou externes.

2.1.2 Les acteurs

Il est important de définir correctement les personnes qui seront en charges de la fonction métrologique car elles devront être capable de prendre les bonnes décisions faces aux pressions exercées par la production.

Le responsable de cette fonction doit avoir une connaissance des instruments et de leur utilisation afin de leurs appliquer une gestion adéquate dans laquelle le rapport qualité/prix est optimisé, ceci afin de garantir la maitrise de leur conformité, tout en laissant au maximum les instruments disponibles pour la production. C’est pourquoi, il est déconseillé que le responsable métrologie soit également le responsable production.

Chaque acteur doit:

  • avoir connaissance des limites de son champ de responsabilité,
  • être formé,
  • si le procédé de mesure est spécifique: être qualifié pour,
  • comprendre la mesure et à quoi elle sert,
  • avoir à disposition la documentation nécessaire,
  • effectuer des tâches d’auto-contrôle,
  • être capable de proposer des améliorations,
  • avoir droit à l’erreur,
  • travailler dans des conditions favorables,
  • être informé des améliorations, actions correctives.

2.2 Les activités de la fonction métrologique

2.2.1 Élaboration d’un parc d’instruments de mesure

2.2.1.1 Identification des besoins

Pour la mise en place de la fonction métrologique dans l’entreprise, il faut dans un 1er temps, identifier les besoins. Pour cela, il est nécessaire de connaître le vocabulaire de la métrologie (voir le VIM, Vocabulaire International de Métrologie). Cela permet une communication sans ambiguïté.

Les besoins peuvent être d’ordre organisationnel ou matériel.

Pour déterminer les besoins organisationnels, il faut se poser les questions suivantes:

  • Quelle temps consacré à la métrologie?
  • Faut-il des locaux, spécifiques et y-a t-il du personnel qualifié?
  • Faut-il gérer la métrologie en interne ou faire appel à un organisme extérieur?

Concernant les besoins matériels, les questions sont les suivantes:

  • Que faut-il mesurer et avec quelle précision?
  • Quelles sont les procédures de mesure existantes?
  • Quel instrument faut-il utiliser?
  • Comment garantir la qualité des mesures?

La définition de ces besoins va permettre à l’entreprise de structurer la fonction métrologique et d’attribuer les personnes et moyens nécessaires à son bon fonctionnement.

2.2.1.2 Détermination de la méthode de mesure

Afin d’obtenir des mesures répétables et donc exploitables, il est primordial que la méthode de mesure soit explicitée dans une procédure. Cette procédure doit comporter les éléments suivants:

  • le matériel nécessaire,
  • l’environnement de travail,
  • les compétences nécessaires,
  • et les étapes à suivre
2.2.1.3 Détermination des instruments de mesure

Afin d’obtenir des mesures répétables et donc exploitables, il est primordial que la méthode de mesure soit explicitée dans une procédure. Cette procédure doit comporter les éléments suivants:

  • le matériel nécessaire,
  • l’environnement de travail,
  • les compétences nécessaires,
  • et les étapes à suivre

 2.2.2 Gestion des instruments de mesure

La gestion des instruments de mesure englobe les étapes suivantes:

  • Gestion de la documentation;
  • Réception et mise en service des instruments de mesure;
  • Détermination des instruments à suivre périodiquement
  • Planifier les actions d’étalonnage et / ou de vérification
  • Analyser les résultats des confirmations métrologiques
  • Donner un jugement suite à l’analyse des résultats
  • Assurer le raccordement aux étalons nationaux ou internationaux.
2.2.2.1 Gestion de la documentation 

La formalisation des actions à mener pour la gestion d’un parc d’instruments de mesure est obligatoire. La documentation doit être structurer de la manière suivante:

2.2.2.2 Réception et mise en service

A réception d’un nouvel instrument, le responsable métrologie doit effectuer les actions suivantes:

  • Vérifier qu’il est conforme à la commande
  • L’identifier avec un numéro unique
  • L’enregistrer dans l’inventaire
  • L’attribuer au service ou à la personne défini dans le cahier des charges
  • Ouvrir une fiche de vie
  • Vérifier la présence du certificat d’étalonnage s’il a été commandé
  • Dans le cas contraire, effectuer un contrôle avant la mise en service
2.2.2.3 Déterminer les instruments à suivre périodiquement

Tous les instruments de mesure ne sont pas forcément critique pour la surveillance du process. C’est pourquoi, il est primordial de se demander si la mesure effectuée a de l’importance d’un point de vue qualité et sécurité. En d’autres termes, est-ce que la mesure a une influence directe sur la qualité du produit final ?

On distingue ainsi 2 catégories d’instruments : les indicateurs et les instruments à suivre périodiquement.

Afin d’aider à déterminer dans quelle catégorie placer l’instrument étudié, il faut déjà se poser les questions suivantes :

  • Est-il utilisé lors de la conception, de la production ou de l’installation d’un produit, pour démontrer la conformité aux exigences spécifiées ?
  • Est-il utilisé comme étalon de référence pour assurer la fiabilité d’un autre instrument ?

Dans un souci de simplicité, il est recommandé d’utiliser une identification particulière pour les instruments à gérer périodiquement, afin de faciliter la gestion visuelle.

2.2.2.3 Choix du type de confirmation métrologique

Suivant la criticité de la mesure, la maintenance a effectué sera différente. Il faut donc déterminer si l’instrument est à étalonner ou uniquement à vérifier ou les 2, mais également déterminer la fréquence de ses confirmations métrologiques. Dans tous les cas, il faut réussir à assurer le raccordement aux étalons nationaux. Cela permet de fiabiliser les résultats. Dans la majorité des cas, le raccordement passe par une confirmation effectuée en laboratoire externe, mais la responsabilité revient au responsable de la fonction métrologique, qui doit s’assurer que le laboratoire répond aux exigences requises.

  • L’étalonnage est nécessaire lorsque l’on veut connaître l’écart par rapport à l’étalon ainsi que l’incertitude de mesure associée, afin d’effectuer des corrections. Cela permet également, par exemple, de suivre les dérives dans le temps de l’instrument et ainsi de revoir les périodicités à temps.
  • La vérification permet d’apporter un jugement sur la conformité de l’instrument suivant les exigences du client (EMT), ou suivant les normes associées, ou encore suivant les éléments constructeur. Dans la pratique, il est nécessaire au laboratoire d’étalonnage d’effectuer l’étalonnage pour établir le constat de vérification. Il est donc fortement conseillé de demander le certificat d’étalonnage avec le constat de vérification.
2.2.2.4 Choix de la périodicité des confirmations métrologiques

Afin d’assurer la fiabilité de l’instrument, il est nécessaire d’effectuer les confirmations métrologiques à intervalle maîtrisé. Il existe de catégories de périodicité : la calendaire et celle suivant l’utilisation.

La périodicité à intervalle calendaire permet de gérer un planning des confirmations métrologiques relativement à l’avance, car la date de prochain contrôle est déterminé selon la date de dernier contrôle.

La périodicité selon le temps d’utilisation prend en compte uniquement les jours dont l’instrument a été utilisé par un opérateur. Cela permet d’éviter des coûts de sur-qualité, mais est moins facile à gérer, car le planning ne peut être effectué qu’au dernier moment.

Afin de choisir entre ces 2 catégories, il faut étudier les informations suivantes :

  • les recommandations du fabricant : selon la technologie employée, l’appareil est plus ou moins susceptible d’évoluer ;
  • la fréquence d’utilisation ;
  • les conditions d’environnement poussières, humidité, atmosphère agressive ;
  • les conditions d’utilisation : utilisation dans un atelier de production ou un laboratoire de métrologie ;
  • l’exactitude de mesure recherchée.

2.2.3 Gestion d’un instrument de mesure non conforme

Analyse de la non-conformité

Lorsqu’un instrument de mesure est déclaré non-conforme suite à une vérification, il faut analyser les critères de jugement de conformité et le type de non-conformité.

En effet, la vérification est effectuée soit suivant les EMT données par des normes généralistes, soit par les exigences client définies selon les tolérances process. Donc avant de rebuter l’instrument, il est nécessaire de s’assurer que l’instrument est réellement non-conforme à vos besoins.

Une fois la non-conformité établie de façon certaine, il faut déterminer si l’instrument peut être réparé, ajusté, déclassé ou si il faut le rebuter. Cette étape est très importe pour éviter des rebuts superflus.

Ensuite, il faut déterminer comment l’erreur de l’instrument affecte le jugement de la qualité du produit contrôlé :

  • l’instrument déclare un produit « Conforme » alors qu’il est non-conforme => risque de réclamation client

  • ou l’instrument déclare un produit « non-conforme » alors qu’il est conforme => risque de rebut et donc perte de production

Tout équipement dont l’aptitude au service peut être mis en doute doit être retiré du service, soit par étiquetage visible, soit par marquage visible, soit par isolation matérielle. On ne doit pas remettre un équipement en service avant que les motifs de sa non-conformité aient été éliminés et qu’il ait été à nouveau vérifié

Si les résultats d’une vérification, avant ajustage ou réparation, sont tels qu’il y a présomption d’erreur significative sur une quelconque des mesures effectuées par l’équipement avant vérification, l’organisme doit effectuer les actions correctives nécessaires (par ex. évaluation des conséquences, recherche des éléments affectés, analyse des causes, raccourcissement des intervalles, …).

Le déclassement d’un équipement doit faire l’objet d’une procédure rigoureuse permettant de s’assurer, par marquage, étiquetage ou isolement physique, que l’équipement ne répondant plus aux exigences spécifiées dans la documentation du constructeur ne peut plus être utilisé dans ce cadre.

D’autre part, il est important d’analyser la cause de la non-conformité. Est-ce dû à une dérive d’usure ou un choc, sur sur-charge, une utilisation non adapté ? L’analyse de l’historique de l’instrument et des retours des opérateurs utilisant l’instrument en question est très importante.

Analyse de l’impact de la non-conformité sur la production et sur les clients

Lorsqu’un instrument est déclaré non-conforme, il est généralement rebuté et remplacé. Cependant, l’impact sur la qualité de la production n’est pas forcément analysé.

Or cette non conformité peut entraîner de lourdes conséquences sur la qualité des produits fabriqués antérieurement à la détection du problème.

C’est pourquoi il est important d’estimer depuis quand l’instrument est non conforme et quelle production a été impacté, ceci afin d’éviter des réclamations clients qui sont souvent générateur de coûts importants et d’une image de l’entreprise dépréciée.

Afin d’estimer la période de production à analyser, il y a plusieurs éléments à prendre en compte. Il faut dans un 1er temps se poser les questions suivantes :

  • La non-conformité générait des rebuts ou des produits non-conforme ?

  • Dans le cas de rebuts, est-ce qu’une rectification des produits rebutés est possible ?

  • Dans le cas de produits non-conformes mis en stock, est-ce qu’il y en a déjà de vendu ?

  • Est-ce qu’il y a un processus de mesure effectuant une mesure redondante plus tard dans le processus de fabrication ?

  • Est-ce que la non-conformité du produit peut être décelé systématiquement avant la mise en stock ?

  • Quelle est la gravité de la non-conformité ?

Suivant la gravité, il est possible qu’une simple modification des EMT et/ou tolérances produit soit nécessaire, mais cela peut nécessité de faire revenir les produits déjà chez le client.

Concernant les rebuts, il n’est alors pas nécessaire de vérifier les stocks. Par contre, si il y a un risque de produits non-conformes en stock, il faut alors pousser la démarche plus loin :

  • L’analyse de la dérive de l’instrument permet-elle d’en déduire une date à laquelle l’instrument a pu devenir non-conforme ?

  • Est-ce que l’opérateur utilisant l’instrument l’a fait tomber entre les 2 derniers étalonnages ?

  • Est-ce que l’opérateur a dû régler la machine de production de façon significative entre les 2 derniers étalonnages ?

  • Y-a-t-il eu des réclamations clients ? Si oui, depuis quand ?

  • Le taux de rebuts a-t-il augmenté significativement ?

Une fois la période critique déterminée, il faut effectuer le tri du stock, mais également mettre en place des actions curatives dans le cas d’une incidence grave :

  • modification du processus de mesure,

  • mise en place d’une surveillance en interne du processus de mesure,

  • révision de la périodicité d’étalonnage,

  • information ou formation du personnel,

2.2.3 Les besoins de formation en métrologie

Objectif de l’étude

L’étude a été réalisée par l’école des mines de Douai, et plus particulièrement son unité de formation école supérieure de métrologie.

L’étude  visait  à  réaliser  un  état  des  lieux  de  l’offre  et  des  besoins  de  formations  des  PME (petites et moyennes entreprises) en métrologie. Sur la base de ce recensement, une analyse a été  réalisée  afin  d’étudier  si  l’offre  actuelle  répondait  aux  besoins  de  formations  des  PME dans ce domaine. Des pistes de réflexion et d’amélioration sont proposées.

L’objectif de cette étude était également de mettre à disposition des entreprises un outil leur permettant d’accéder facilement à l’ensemble des formations initiales et continues dispensées en  métrologie.

I. Résultats

I.1. Activités métrologiques réalisées en interne par les entreprises

Les entreprises ont ventilé leur activité métrologique selon six critères :

  • mesures et contrôle produits,
  • étalonnages externes (1),
  • étalonnages internes,
  • gestion du parc d’instrument de mesure,
  • conception et validation processus mesure,
  • mesures environnementales et santé.

(1) l’activité « étalonnages externes » concerne la sélection des laboratoires d’étalonnage assurant le raccordement des étalons de référence de l’entreprise aux étalons nationaux.

Chacune de ces activités métrologiques a été évaluée selon quatre niveaux d’importance afin de caractériser le volume qu’elles représentent au sein de l’entreprise :

  • aucune activité,
  • activité peu importante pour l’entreprise,
  • activité importante pour l’entreprise,
  • activité très importante pour l’entreprise.

La distribution en pourcentage des réponses des entreprises concernant la hiérarchisation des activités métrologiques réalisées en interne est illustrée par le graphique suivant :

enquete formation g1

Constat :

Les activités métrologiques jugées peu importantes par les entreprises sont en grande majorité les activités correspondant à l’étalonnage externalisé ou internalisé des instruments de mesure, à la conception et à la validation du processus de mesure et à la réalisation de mesures environnementales.

Ce constat est logique pour les activités d’étalonnages externes. Cette activité relève principalement de la sous-traitance, auprès notamment de laboratoires COFRAC ou équivalents, et se limite donc pour l’entreprise à l’archivage des documents d’étalonnage associés. Cependant, il interpelle sur le jugement porté sur l’activité correspondant à la conception et à la validation du processus de mesure. Plusieurs explications peuvent toutefois être avancées :

  • soit cette mission n’est pas encore suffisamment développée dans les entreprises. Peu d’entreprises mènent en amont ces missions de validation d’un processus de mesure industrielle en vue de préparer sereinement la mise en œuvre du processus de mesure et ainsi démontrer préalablement au client que ce processus est parfaitement maîtrisé par l’entreprise ;
  • soit cette mission de validation du processus de mesure est sous-traitée par les entreprises auprès d’experts spécialisés ;
  • soit la méthode de mesure normalisée est imposée par le donneur d’ordre, ce qui amène les entreprises sous-traitantes à ne pas réaliser cette activité de validation de méthode ;
  • soit cette mission n’est pas identifiée comme appartenant aux activités métrologiques au sein de l’entreprise.

Il est toutefois indispensable que l’entreprise possède les compétences théoriques garantissant la validation du processus de mesure quelle que soit la solution mise en œuvre (activité internalisée ou sous-traitée).

Seules les activités de mesure et contrôle produits et de gestion de parc d’instruments de mesure sont jugées comme très importantes par les entreprises interrogées.

Ce constat est valable quelle que soit la taille de l’entreprise et pour l’ensemble des secteurs industriels ayant répondu.

I.2. Besoins exprimés par les entreprises sur les thèmes de formation à la métrologie

Les entreprises étaient ensuite interrogées sur leurs besoins sur la base d’une liste fermée de six grands thèmes de formation en métrologie.

La distribution en pourcentage des besoins de formation des entreprises par thème est illustrée par le graphique ci-dessous :

enquete formation g2

Constat :

Les thèmes portant sur l’analyse des résultats de mesure et l’organisation de la fonction métrologie correspondent aux attentes les plus fortes. Ceci est cohérent avec les nouvelles normes métrologiques (incluant le concept d’incertitude de mesure dans la déclaration de conformité, dans l’analyse de la capabilité des instruments de mesure (X 07-022) et dans l’optimisation des périodicités d’étalonnage (X 07-014)) et dont l’intégration nécessite un minimum de formation.

Les trois autres thèmes (vulgarisation de la métrologie, méthode de mesure et méthode d’étalonnage) se positionnent en seconde position des besoins de formation exprimés.

Concernant les attentes sur le thème vulgarisation de la métrologie, cela peut s’expliquer par une cible plus large à viser dans l’entreprise, notamment pour former tous les services concernés par le volet « mesure et déclaration de conformité du produit » dans l’entreprise. Ce type de formation, sous une configuration de courte durée, peut s’étendre aux cadres de l’entreprise afin de leur faire prendre conscience de l’importance de la métrologie dans l’obtention du produit conforme.

Le thème portant sur la découverte des référentiels normatifs est positionné au dernier rang des besoins exprimés par les entreprises. Deux explications alternatives peuvent être apportées :

  • soit l’entreprise n’est plus au stade de la découverte des référentiels liés à la métrologie, ce qui sous-entend que la veille normative et documentaire en métrologie est active au sein des entreprises ;
  • soit les entreprises ne connaissent pas l’existence des normes fondatrices de la métrologie industrielles. Toutefois, l’analyse des réponses au questionnaire sur les « besoins industriels » a mis en évidence que la métrologie industrielle est effective dans les entreprises interrogées. Ceci implique que les systèmes de management mis en place par l’entreprise intègrent dans leur conception initiale l’identification de référentiels normatifs de base.

La rubrique « autres » a été peu utilisée par les entreprises pour exprimer leurs besoins en formation métrologie. Ceci confirme les axes principaux de formation identifiés dans les six thèmes proposés par l’enquête.

La distribution en pourcentage des besoins de formation en fonction de la taille de l’entreprise est illustrée par le graphique ci-dessous :

enquete formation g3

Constat :

Pour les PME (entreprises de moins de 250 salariés), les besoins de formation portent essentiellement sur les thèmes suivants : organisation de la fonction métrologie, analyse des résultats de mesure et vulgarisation de la métrologie.

Pour les grandes entreprises (plus de 250 salariés), les besoins de formation portent en majorité sur les thèmes suivants : analyse des résultats de mesure, méthode de mesure et méthode d’étalonnage. Le thème portant sur l’organisation de la fonction métrologie semble donc maîtrisé sur le plan de la compétence du personnel.

Le thème portant sur l’analyse de résultats de mesure reste une attente forte quelle que soit la taille de l’entreprise, attestant de la prise en compte de l’importance du traitement des données dans la déclaration de conformité du produit (démonstration de l’adéquation du résultat de mesure au besoin). Cette évolution est à noter car il y a dix ans, la fonction métrologie était fortement positionnée sur la gestion de son parc d’instruments de mesure.

Ces conclusions sont valables pour tous les secteurs industriels consultés.

I.3. Quels besoins de formations pour améliorer les compétences ?

La distribution en pourcentage des besoins de formation par champ de compétence est illustrée sur le graphique ci-dessous :

enquete formation g6

Constat :

Le besoin de formation des entreprises porte en majorité sur les compétences théoriques (domaine de compétence dans lequel on retrouve les outils liés à l’analyse des résultats et aux calculs d’incertitude) et organisationnelles (gestion de parc d’instrument de mesure).

Ceci souligne un besoin effectif des entreprises à progresser dans l’acquisition des outils théoriques de la métrologie industrielle. Ces formations permettent de maîtriser plus efficacement les notions statistiques nécessaires au pilotage des processus de mesure et les connaissances liées aux capteurs. Ces connaissances faciliteront le choix des technologies les plus adaptées aux domaines d’activités de l’entreprise et leur maîtrise compte tenu de leur complexité croissante.

I.4. Analyse du besoin de formation par domaine de compétence

La structure du questionnaire comportait en introduction de chaque rubrique compétences, une question de type « oui/non » sur le besoin effectif de l’entreprise en matière de compétence.

1.4.1 Compétences théoriques

Pour la compétence théorique, les entreprises ont répondu « oui » à plus de 75 % à la question portant sur le besoin effectif en compétence théorique.

Six thématiques de formation étaient proposées pour l’enseignement en métrologie des compétences théoriques :

  • connaissances statistiques, outil de base pour l’évaluation de l’incertitude de mesure, la capabilité des processus de mesure, etc.,
  • exploitation des résultats d’étalonnage, en liaison avec l’émission du constat de vérification, le renseignement de la fiche de vie, l’élaboration de carte de contrôle, le calcul de dérive, etc.,
  • maîtrise des processus de mesure via l’identification du besoin, la conception et la mise en œuvre du processus de mesure (méthode de mesure et méthode d’étalonnage), l’enregistrement et la déclaration de conformité aux spécifications, etc.,
  • optimisation du coût de la métrologie par la construction des indicateurs financiers, l’élaboration du plan d’actions, l’optimisation des périodicités d’étalonnage des équipements de mesure, etc.,
  • capteurs par les connaissances permettant la sélection, l’identification des grandeurs d’influence, la mise en service et maintenance des capteurs de mesure, etc.,
  • équipement de mesure et instrumentation par le traitement du signal, les techniques d’acquisition de signal et d’interfaçage des composants d’une chaîne de mesure, etc.

Au vu de ces résultats, il apparaît que les principales attentes des entreprises en compétences théoriques de leur personnel en charge des activités métrologiques sont extrêmement variées et couvrent uniformément toutes les thématiques depuis la connaissance de l’instrumentation jusqu’à l’exploitation statistique des résultats de mesure.

La distribution en pourcentage des besoins de formation pour le domaine de compétence théorique est illustrée par le graphique suivant :

enquete formation g7

Constat :

Interrogées sur leurs besoins, les entreprises jugent :

  • « acquises », les compétences et donc les connaissances portant sur l’exploitation des résultats d’étalonnage et les capteurs.

Cette tendance se confirme pour les entreprises de moins de 250 salariés. A contrario, la compétence théorique jugée « acquise » par les entreprises de plus de 250 salariés porte prioritairement sur la thématique capteur du fait d’un encadrement scientifique plus important pour ce type d’entreprises ;

  • « à acquérir », les compétences portant sur l’optimisation du coût de la métrologie et les connaissances statistiques.

Le jugement des entreprises sur l’état des six compétences théoriques proposées place en premier rang, avec 21,5 % des réponses, la thématique portant sur l’optimisation du coût de la métrologie, quelle que soit la taille de l’entreprise ;

  • « ne pas être concernées » par les compétences portant sur l’instrumentation.

Le jugement des entreprises sur l’état des six thématiques des compétences théoriques proposées place en premier rang du « non-concerné », à 23,8 % l’instrumentation, pour atteindre 48 % pour les entreprises de plus de 250 salariés. Ce résultat montre que cette activité n’est pas gérée par la métrologie mais plutôt par l’utilisateur de l’instrument de mesure.

1.4.2 Compétences organisationnelles

Pour la compétence théorique, les entreprises ont répondu« oui » à plus de 60 % à la question portant sur le besoin effectif en compétence organisationnelle.

Quatre thématiques de formation étaient proposées pour l’enseignement en métrologie des compétences organisationnelles :

  • connaissance des normes organisationnelles en métrologie encadrant les activités métrologie dans l’entreprise (référentiels normatifs AFNOR X07, terminologie (VIM), etc. ;
  • connaissance des référentiels de certification ISO 9001 ou ISO/TS 16949 ou d’application ISO 10012 ou ISO 17025 structurant l’organisation de la fonction métrologie au sein de l’entreprise, etc. ;
  • mise en application d’outils qualité pour la métrologie par l’exploitation du diagramme 5M, l’approche processus, les plans d’expérience, le diagramme Pareto, etc. ;
  • accréditation selon le référentiel ISO 17025 : connaissance et mise en application du référentiel.

Remarque : les compétences organisationnelles regroupent la connaissance des normes liées à l’organisation de la métrologie et des référentiels liée à la métrologie industrielle.

Au vu de ces résultats, il apparaît que les attentes des entreprises vis-à-vis du personnel en charge des activités métrologiques, dans le domaine des compétences organisationnelles portent sur la connaissance des normes organisationnelles. Ce besoin est cohérent avec la veille normative associée à tout système organisationnel.

A l’inverse, l’application du référentiel ISO 17025 pour l’accréditation ne retient pas l’attention des entreprises en matière de formation.

La distribution en pourcentage des besoins de formation pour le domaine de compétence organisationnelle est illustrée par le graphique ci-dessous :

enquete formation g4

Constat :

Les entreprises interrogées sur les thématiques proposées pour le domaine des compétences organisationnelles jugent :

  • « acquises », les compétences et donc les connaissances portant sur les outils de la qualité.

Le jugement des entreprises sur l’état des quatre compétences organisationnelles proposées place au premier rang des compétences « acquises », avec 37 % des réponses, la thématique portant sur les outils qualité, quelle que soit la taille de l’entreprise.

Ces outils de la qualité, déjà maîtrisés pour l’optimisation des systèmes de management Q.S.E. (qualité-sécurité-environnement) de l’entreprise, sont désormais mis en œuvre pour piloter le système de management de la mesure ;

  • « à acquérir », les compétences portant sur les normes organisationnelles liées à la métrologie.

La mise en place du système de management de la mesure impose à l’entreprise de connaître les outils normatifs permettant de piloter efficacement cette fonction métrologie. Ceci impose à l’entreprise d’intégrer les nouveaux documents normatifs élaborés dans la rubrique X07 consacrée à la métrologie.

Le jugement des entreprises sur les quatre compétences organisationnelles « à acquérir » proposées place au premier rang, avec 50 % des réponses, la thématique portant sur les normes organisationnelles (jusqu’à 51 % pour les entreprises de moins de 250 salariés) ;

  • ne pas « être concernées » par l’application du référentiel ISO 17025.

Le jugement des entreprises sur les quatre thématiques de compétences organisationnelles proposées positionne au premier rang des compétences « non concernée » avec 46 % l’application du « référentiel ISO 17025 », (jusqu’à 52 % pour les entreprises de plus de 250 salariés).

Ce positionnement s’explique par le fait que ce référentiel concerne principalement les laboratoires d’étalonnage et d’essais. Or, les laboratoires d’étalonnage ne faisaient pas partie des PME ciblées dans le cadre de cette enquête.

Cependant, la prise en compte du contenu de cette norme peut aider l’entreprise à structurer les aspects « traçabilité », « validation de méthode de mesure » et « évaluation d’incertitude » dans l’organisation de la métrologie.

Conclusion sur les besoins en compétences organisationnelles :

Les besoins d’acquisition de compétences organisationnelles portent essentiellement sur la connaissance des normes organisationnelles liées à la métrologie, notamment pour les entreprises de moins de 250 salariés.

Les compétences nécessaires aux « outils de la qualité » sont jugées comme « acquises », du fait d’une maîtrise déjà effective pour l’optimisation des systèmes de management Q.S.E. (qualité-sécurité-environnement) de l’entreprise.

I.4.3 Compétences pratiques

Pour la compétence pratique, les entreprises ont répondu « oui » à plus de 63 % à la question portant sur le besoin effectif en compétence pratique.

Parmi les thématiques de formation proposées pour l’enseignement en métrologie des compétences pratiques, les grandeurs métrologiques pour lesquelles la compétence était jugée comme « acquise » ou « en cours d’acquisition » par les entreprises interrogées se répartissent comme suit :

Trois grandeurs métrologiques ressortent principalement en matière de compétences pratiques mises en applications dans les entreprises, à savoir : mécanique, thermique et dimensionnelle.

Ce classement est cohérent car les grandeurs mécaniques regroupent la métrologie des masses et des volumes ainsi que la métrologie des pressions (pour la régulation de processus de fabrication). Ces grandeurs sont très présentes dans le secteur des industries manufacturières liées au travail des métaux et des industries chimiques.

La métrologie dimensionnelle est également très présente dans les industries manufacturières liées au travail des métaux et de la plasturgie, il est donc logique de trouver cette grandeur dans le classement précédent.

I.5. Compétences non satisfaites par les formations actuelles

Les industriels constatent l’absence de compétences initiales des personnels recrutés en métrologie, ce qui nécessite de les former sur des outils de base comme :

  • les statistiques industrielles, connaissances de base pour évaluer les incertitudes de mesure. Cet état des lieux est cohérent avec le besoin déjà exprimé dans le chapitre des compétences théoriques ;
  • l’aspect normatif en général. La recherche de la documentation et la veille normative sont des domaines de connaissances qui semblent manquer dans la formation initiale ;
  • l’aspect normatif récemment développé selon le concept « G.P.S » en métrologie dimensionnelle et la pauvreté des connaissances techniques en matière de tolérancement des pièces mécaniques, qui est une étape préalable à la compréhension du besoin de mesure en métrologie dimensionnelle ;
  • la pratique des instruments conventionnels de longueur et des méthodes traditionnelles non assistées par ordinateur, permettant à l’élève de comprendre la difficulté de la mesure et des précautions nécessaires à prendre pour atteindre un niveau de performance ;
  • les bases de la métrologie.

Ces constatations soulignent l’importance d’intégrer les fondamentaux de la métrologie dans les formations professionnelles initiales.

Certains besoins exprimés par les entreprises relèvent souvent de formations spécifiques à un besoin industriel qui peut être traité par une formation professionnelle continue de type stage intra-entreprise. Cela illustre bien le manque d’informations dont dispose l’entreprise aujourd’hui pour identifier les acteurs de la formation dans ce champ d’application et les possibilités ouvertes en formation intra-entreprises.

I.6. Offre recensée en thématiques de formation à la métrologie

La métrologie industrielle s’appuie sur la connaissance et la maîtrise de quatre thèmes de base :

  • les référentiels normatifs (afin d’identifier les exigences à satisfaire pour structurer le système de management de mesure de l’entreprise),
  • l’organisation de la fonction métrologie (répondant aux missions de base de cette fonction et la structurant à partir des outils définis à la rubrique X07),
  • les méthodes de mesure des produits et d’étalonnage des instruments de mesure (au regard des méthodes normalisées existantes),
  • l’analyse des résultats de mesure ou d’étalonnage (en vue de l’évaluation de l’incertitude de mesure et de la maîtrise du processus de mesure).

L’analyse de l’offre de formation au regard de ces quatre fondamentaux donne la distribution illustrée par le graphe suivant :

enquete formation g5

Constat :

L’étude des méthodes de mesure et d’étalonnage à hauteur de 40 %, avec une proportion plus forte en F.P.I du fait de mise en œuvre de travaux pratiques dans les domaines de mesure enseignés.

L’analyse des résultats de mesure ou d’étalonnage pour 33 %, avec une proportion plus forte pour les F.P.C montrant le besoin réel des entreprises en matière de traitement des données de mesurage.

Les référentiels normatifs pour 17 %, plus abordés en F.P.I qu’en F.P.C. Les référentiels de certification plus connus par les industriels du fait de leur environnement quotidien imposent de les traiter plus fortement au cours des F.P.I pour justifier la place de la métrologie dans l’environnement qualité de l’entreprise.

La vulgarisation et l’organisation de la métrologie sont abordés à hauteur de 10 % au sein de l’offre de formation en métrologie.

I.7. Conclusion sur l’analyse des réponses aux enquêtes

L’enquête sur les besoins de formation des entreprises a permis d’identifier que :

  • l’activité métrologique semble rester majoritairement internalisée dans les entreprises, ce qui confirme le besoin effectif de compétences métrologiques en interne mais également pour sélectionner correctement les fournisseurs en métrologie conformément aux exigences normatives ;
  • les équipes en charge des activités métrologique dans l’entreprise sont majoritairement composées de techniciens (à hauteur de 50 %) et d’opérateurs (à hauteur de 33 %). Les ingénieurs ne représentent généralement que 17 % des effectifs. Cette distribution confirme le besoin d’un large spectre de compétences pour les trois catégories de personnel ;
  • le besoin en formations « métrologie » des PME, tout secteur confondu, porte essentiellement sur les thématiques suivantes :
  • la connaissance des normes liées à la métrologie (dans le domaine des compétences organisationnelles),
  • les connaissances statistiques et sur l’optimisation du coût de la métrologie (dans le domaine des compétences théoriques) ;
  • tout secteur industriel confondu et quelle que soit la taille de l’entreprise, la stratégie de l’entreprise pour augmenter les compétences de ces salariés est le recours aux formations professionnelles continues (et plus spécifiquement les stages inter et intra-entreprises).

L’emploi d’élève stagiaire et/ou de contrat d’apprentissage est très peu mis en œuvre.

En parallèle, le recensement de l’offre de formation à permis de mettre en évidence que :

  • le volume de l’enseignement métrologie réalisé dans les formations professionnelles initiales de niveau V (profil opérateur) et de niveau I (profil ingénieur) est faible comparé au volume de formation globale répertoriée (majoritairement orientée pour les niveaux intermédiaires (profil technicien) ;
  • la part de l’enseignement métrologie dans les formations professionnelles initiales répertoriées représente moins de 5% du volume horaire total de l’enseignement de l’établissement (ensemble des formations dispensées par l’établissement). Cet enseignement relève d’avantage d’une sensibilisation à la métrologie. Il représente près de 50% du volume horaire total dans les formations professionnelles continues répertoriées ;
  • l’offre de formations professionnelles initiales et continues répertoriée est majoritairement orientée sur les profils techniciens ;
  • la répartition des compétences enseignées au sein des formations professionnelles répertoriées en métrologie, est la suivante :
  • le profil technicien est celui dont la formation est la plus orientée sur les compétences organisationnelles ;
  • le profil ingénieur est celui dont la formation est la plus orientée sur les compétences théoriques ;
  • le profil opérateur est celui dont la formation est la plus orientée sur les compétences pratiques.

II. Synthèse des besoins industriels

II.1. La métrologie dans l’entreprise

1er point

L’entreprise a donc besoin de compétences lui permettant de :

  • maîtriser l’activité réalisée en interne,
  • sélectionner le sous-traitant pour les activités métrologiques non réalisées en interne (étalonnage externe pour la gestion du parc des instruments de mesure), et notamment des compétences théoriques lui permettant de s’assurer de la pertinence de la réponse apportée par ce fournisseur dans la revue de contrat préalable.

2ème point

Parmi les activités métrologiques réalisées en interne, les entreprises jugent peu importantes les activités portant sur la conception et la validation du processus de mesure.

C’est à travers la maîtrise du processus de mesure, que l’entreprise garantit la conformité du produit aux spécifications « client ».

Il est probable que l’entreprise n’ait pas identifié cette activité comme métrologique mais l’associe plutôt à son activité de contrôle qualité ou contrôle process. Il convient par ailleurs de rappeler que 40 % des effectifs en charge des activités métrologiques dans l’entreprise travaillent à temps partagé selon la ventilation suivante : 30 % de l’activité en faveur de la métrologie et 70 % sur d’autres activités telles que la production, la maintenance et la qualité-sécurité et environnement (QSE).

Voir actions n°5 et 6 du paragraphe III.

3ème point

Les équipes en charge des activités métrologiques dans l’entreprise sont constituées en grande majorité de techniciens (50 % des effectifs) et d’opérateurs (33 % des effectifs). Pour recruter le personnel en charge des activités métrologiques pour ces deux catégories professionnelles, les entreprises interrogées privilégient sensiblement le recrutement par mobilité interne (au détriment du recrutement externe de jeunes diplômés). Cela souligne la nécessité pour les entreprises de disposer de personnel déjà formé au produit fabriqué et au processus de fabrication.

Le profil ingénieur, peu représenté dans les équipes en charge des activités métrologiques (moins de 17 % des effectifs), est recruté en majorité par mobilité interne dans les petites entreprises et par recrutement externe dans les grandes entreprises.

Concernant les profils recherchés, les entreprises semblent favoriser les candidats ayant des compétences dans les domaines des mesures physiques, du génie électrique ou électronique et de la mécanique. Il est important de noter que les compétences métrologiques ne sont pas citées comme pré-requis préalable au recrutement pour les entreprises interrogées.

Voir actions n° 1, 2 et 4 du paragraphe III.

II.2. Le processus de formation actuel en métrologie

1er point

Pour améliorer les compétences du personnel en charge des activités métrologiques, les entreprises privilégient le recours aux actions de formations professionnelles continues (dans 67 % des cas) avec une préférence pour les stages inter-entreprises.

Toutefois, l’évaluation portée par les entreprises sur les formations suivies est très satisfaisant sur le niveau de la formation (à savoir les pré-requis) alors qu’elle est mitigée sur la méthode pédagogique, la durée et le contenu.

Voir action n°7 du paragraphe III.

2ème point

Les besoins de formations exprimés par les entreprises interrogées portent sur essentiellement sur les thèmes suivants :

  • analyse des résultats,
  • organisation de fonction métrologie,
  • vulgarisation de la métrologie,
  • méthode de mesure et méthode d’étalonnage.

Compte tenu de la diversité des personnels en charge des activités métrologiques (opérateurs, techniciens et ingénieurs), l’offre de formation doit être adaptée aux profils des personnels concernés :

  • concernant les thèmes portant sur l’analyse de résultats de mesure et la méthode de mesure :
  • ils sont cohérents avec les nouvelles normes métrologiques intégrant le concept d’incertitude dans la déclaration de conformité et dans l’analyse de la capabilité des moyens de mesure (X 07-022) ;
  • la formation doit être adaptée au personnel en charge du management du système de mesure et du contrôle produit (ingénieur ou technicien) ;
  • concernant le thème portant sur l’organisation de la fonction métrologie :
  • il permet de former aux outils de pilotage de la fonction métrologie au regard des exigences du système de management (gestion du parc d’instrument de mesure, traçabilité des résultats au système S.I, sélection des fournisseurs en métrologie, optimisation des périodicités d’étalonnage, etc.) et des nouvelles normes organisationnelles (portant notamment sur l’optimisation des périodicités d’étalonnage (X 07-014)) ;
  • la formation doit être adaptée au personnel en charge du management de la fonction métrologie dans l’entreprise (cadre) ;
  • concernant le thème portant sur la vulgarisation de la métrologie :
  • il permet notamment d’appréhender la mesure comme moyen utilisé pour la déclaration de conformité du produit (ce qui représente un enjeu économique pour l’entreprise en terme de coût) ;
  • la formation doit s’adresser au personnel décideur de l’entreprise (cadres et dirigeants) et permettre une meilleure allocation des ressources nécessaires à la réalisation des objectifs qualités visés par l’entreprise ;
  • concernant le thème portant sur la méthode d’étalonnage, la formation doit être adaptée au personnel opérationnel (opérateur).

Voir actions n°1, 2, 5, 6, 8 et 9 du paragraphe III.

II.3. Les besoins en compétences métrologiques

1er point

Le besoin de formation des entreprises porte en grande majorité sur les compétences théoriques (domaine de compétence dans lequel on retrouve les outils liés à l’analyse des résultats et aux calculs d’incertitude, nécessaires pour le pilotage des processus de mesure) et organisationnelles (gestion du parc d’instrument de mesure).

2ème point

Pour ces deux domaines de compétences, les besoins de formation des entreprises portent essentiellement sur les thématiques suivantes :

  • optimisation du coût de la métrologie (identification des indicateurs financiers, priorisation des actions, optimisation des périodicités d’étalonnage, gestion des contrats d’étalonnage, etc.) et connaissances statistiques (calcul d’incertitude, capabilité des processus de mesure, etc.) pour le domaine de compétence théorique.

La thématique portant sur l’optimisation du coût de la métrologie s’intègre dans les thèmes généraux identifiés précédemment comme répondant à des besoins de formations, à savoir « organisation de la fonction métrologie » et « méthode d’étalonnage ».

La thématique portant sur les connaissances statistique, s’intègre dans les thèmes généraux identifiés précédemment comme répondant à des besoins de formations, à savoir « analyse de résultats de mesure » et « méthode de mesure » ;

  • connaissance des normes organisationnelles en métrologie pour le domaine de compétence organisationnelle. Elle s’intègre dans le thème général identifié précédemment comme répondant à des besoins de formations, à savoir « organisation de la fonction métrologie ».

Voir actions n°1, 2, 4, 5 et 6 du paragraphe III.

3ème point

Le principal constat formulé par les entreprises concernant les besoins non satisfaits en formation révèle principalement une absence de compétences initiales des personnels recrutés en métrologie, notamment :

  • en statistiques industrielles, relevant des compétences théoriques ;
  • en connaissances normatives, relevant des compétences organisationnelles et des normes liées au domaine de pratique comme le concept « G.P.S » en métrologie dimensionnelle relevant à la fois des compétences théoriques (validation de méthode) et pratiques (exigences produit) ;
  • en pratique des instruments de mesure conventionnels de longueur et des méthodes traditionnelles (non assistées par ordinateur), relevant des compétences pratiques.

Certains besoins exprimés par les entreprises relèvent souvent de formations spécifiques à un besoin industriel qui peut être traité par une formation de type « intra-entreprise ». Cela illustre bien le manque d’informations dont dispose l’entreprise aujourd’hui pour identifier les formations existantes et dont elle a besoin.

Voir actions n° 1, 2 et 4 du paragraphe III.

III. Propositions de mesures d’améliorations

III.1. Sensibilisation des établissements de formation

Action n°1 :

  • Identifier la métrologie dans les fiches pédagogiques de certaines formations professionnelles initiales.

Les fiches pédagogiques 15 établies pour les filières scientifiques des domaines de la physique, de la chimie et des mathématiques devront identifier comme « enseignement métrologique » les thématiques suivantes : calculs d’incertitude, inter-comparaisons de résultats de mesure, étalonnage, capteurs/instrumentation.

Cette action serait réalisée en collaboration avec des professionnels de la formation en métrologie, le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche ainsi que certains services du ministère de l’éducation nationale et plus précisément la direction générale de l’enseignement scolaire (D.G.E.S.C.O)16, les sous-directions des lycées et de la formation professionnelle tout au long de la vie et la sous-direction des programmes d’enseignement, de la formation des enseignants et du développement numérique.

Action n°2 :

Intégrer l’enseignement métrologique (sous forme de module) dans les programmes pédagogiques de certaines formations professionnelles initiales, et notamment :

  • intégrer un enseignement ciblé sur les outils de la maîtrise des processus de mesure pour les niveaux III (profil technicien) à I (profil ingénieur) dans toutes les filières scientifiques ;
  • intégrer un enseignement ciblé sur la métrologie comme outil de pilotage dans les formations dispensant un enseignement sur les domaines hygiène-sécurité-environnement (HSE), de la biologie et des sciences de la vie et de la terre.

L’action serait réalisée avec les mêmes interlocuteurs que dans l’action n°1.

Action n°3 :

Développer des kits pédagogiques présentant les bases de la métrologie à destination des établissements de formation professionnelle initiale.

Ces kits pédagogiques devraient cibler en priorité les professeurs en charge des enseignements scientifiques (physique, chimie, mathématiques et science de la vie et de la terre) et seraient accessibles sur le site du ministère de l’éducation nationale.

Ils intégreraient notamment en fonction du module d’enseignement scientifique (physique, chimie, mathématiques et sciences de la vie et de la terre) les notions suivantes :

  • les unités et grandeurs concernées,
  • les notions de traçabilité,
  • l’incertitude de mesure.

Ces kits seraient élaborés en collaboration avec les organismes de formation professionnelle initiale (enseignants), des professionnels de l’enseignement en métrologie et le ministère de l’éducation nationale.

III.2. Sensibilisation des élèves

Cette sensibilisation serait réalisée indirectement grâce aux actions de sensibilisation énoncées au paragraphe 4.III.1 mais également à travers l’action suivante :

Action n°4 :

  • développer et intégrer dans les programmes pédagogiques actuels des formations professionnelles initiales, dans le tronc commun, un module d’enseignement dédié à la vulgarisation de la métrologie industrielle, de ses outils et des normes organisationnelles.

L’action serait réalisée avec les mêmes interlocuteurs que dans l’action n°1.

III.3. Formation des salariés en charge des activités métrologiques en entreprise

Action n°5 :

  • développer les formations à distance telles que la formation en ligne (Elearning) sur les fondamentaux de la métrologie (vocabulaire, organisation de la fonction, connaissances statistiques de base de la métrologie, etc.).

Cette méthode d’apprentissage, moins contraignante que l’enseignement présentiel est particulièrement adaptée pour l’acquisition de concepts de base en métrologie. L’apport de cette action serait également bénéfique sur le plan pédagogique car elle offre la possibilité d’approfondir une thématique et sur le plan économique à travers une réduction des coûts liés à la formation du personnel.

Ces modules de formation pourraient être développés en collaboration avec les organismes de formation, le ministère de l’éducation nationale et le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche et les fédérations professionnelles.

Action n°6 :

  • développer l’offre de formation professionnelle continue en matière de :
  • vulgarisation de la métrologie industrielle et de ses outils appropriés,
  • normes organisationnelles et optimisation du coût de la métrologie.

Un groupe de travail composé de représentants des fédérations professionnelles et des organismes de formation professionnelle pourra être constitué. Il aura pour mission de réfléchir à l’intérêt de développer de la formation sur ces thématiques métrologiques. Il convient en effet de rappeler que de nombreuses journées techniques de sensibilisation sont déjà organisées par des organismes de formations et les centres techniques.

Action n°7 :

  • définir des pistes d’amélioration des méthodes pédagogiques et du contenu des formations professionnelles continues en métrologie.

La réalisation de cette action nécessiterait de constituer un groupe de travail composé de représentants des fédérations professionnelles, des organismes de formation professionnelle, du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche et du ministère de l’éducation nationale. Il aura pour mission de proposer des points d’amélioration à apporter et des modalités pratiques de mise en oeuvre.

III.4. Sensibilisation des cadres dirigeants d’entreprises

Action n°8 :

  • développer et intégrer un module d’enseignement de la métrologie (comme outil de pilotage) dans les fiches pédagogiques17 actuelles établies pour les formations professionnelles initiales dispensant un module d’enseignement sur le management d’entreprise dans l’enseignement des cadres dirigeants (par exemple sous la forme de modules qualité-métrologie).

Tout élève-ingénieur pourrait ainsi être sensibilisé à la démarche métrologique au titre du futur manageur d’entreprise (sous forme de modules qualité-métrologie par exemple).

L’action serait réalisée avec les mêmes interlocuteurs que dans l’action n°1.

Action n°9 :

  • construire un indicateur financier lié au pilotage de la fonction métrologie et sensibiliser les dirigeants d’entreprise et les responsables métrologie à l’usage de cet indicateur financier.

Cette action serait réalisée en collaboration avec les fédérations professionnelles et les organismes de formation professionnelle continue.

3. La métrologie en pratique

Lors d’un mesurage, le résutlat de la mesure va être perturbé par différentes grandeurs d’influence engendrant des erreurs. C’est pourquoi, il est important de maîtriser ces erreurs en recherchant leurs causes, afin de les minimiser, voir de les supprimer.

On regroupe ces erreurs en 3 catégories :

  • Les erreurs systématiques : Ce sont des erreurs reproductibles liées à une cause physique, donc pouvant généralement être éliminées par des actions correctives.
  • Les erreurs aléatoires : Ce sont des erreurs, non reproductibles, qui obéissent à des lois statistiques.
  • Les erreurs accidentelles : Elles résultent d’une fausse manœuvre, d’un mauvais emploi ou de dysfonctionnement de l’appareil. Elles ne sont généralement pas prises en compte dans la détermination de la mesure.

3.1 Les erreurs classiques

L’erreur de zéro (offset)

C’est une erreur qui ne dépend pas de la valeur de la grandeur mesurée.

L’erreur d’échelle (gain)

C’est une erreur qui dépend de façon linéaire de la valeur de la grandeur mesurée.

 

 

L’erreur de linéarité

La caractéristique n’est pas une droite.

L’erreur due au phénomène d’hystérésis

Il y a phénomène d’hystérésis lorsque le résultat de la mesure dépend de la précédente mesure.

 
 

L’erreur de mobilité

La caractéristique est en escalier. Cette erreur est souvent due à une numérisation du signal.

  

3.2 La fidélité et la justesse

Afin de valider un processus de contrôle, il faut quantifier les erreurs de fidélité et de justesse.

La fidélité est la faculté d’un instrument à donner des mesures répétables, c’est-à-dire que les erreurs sont faibles. On utilise souvent l’écart-type comme étant l’erreur de fidélité.

 

 

La justesse est la faculté d’un instrument à donner des mesures dont la moyenne est proche de la valeur vraie. Elle est représente la reproductibilité d’un instrument.

 

3.3 Les incertitudes de mesure

Il est important de faire la différence entre « erreur » et « incertitude ». Le terme erreur (accidentelle, aléatoire, systématique) est défini comme la différence entre un résultat unique et la valeur vraie.

L’incertitude de mesure, propre à une méthode, est un paramètre associé au résultat de la mesure et décrit l’étendue des valeurs possibles dans laquelle se trouve la valeur vraie avec une probabilité prédéfinie. Elle est la résultante de la combinaison des effets d’un certain nombre de composantes, sources d’incertitude.

L’incertitude de mesure peut être estimée ou calculée de diverses manières. Nous calculons l’incertitude combinée (uc) sur la base de mesures répétitives d’un matériel de référence donné. Le calcul est similaire à l’écart type dans une évaluation statistique.

L’incertitude de mesure élargie U(y) associée au résultat d’un mesurage y indique l’étendue de mesure dans laquelle se trouve la valeur vraie avec une probabilité de 95 % (distribution normale) :

y±U(y)

U(y) est le produit de la multiplication de l’incertitude combinée avec le facteur d’élargissement (k=2) :

U(y) = 2 uc

3.4 L’étude de répétabilité et reproductibilité

L’erreur de mesure provient de l’imperfection de chacun des facteurs associés au processus de mesure, telle qu’elle s’est exprimée au moment précis de la mesure.

L’instant d’après, le jour après, avec un autre opérateur ou avec un autre instrument de mesure, les erreurs de chacun des facteurs seraient différentes et leur combinaison aurait conduit à une erreur de mesure différente.

Les facteurs d’influence sont bien évidemment liés à la technique de mesure employée, au mode opératoire, … . Ces différents facteurs peuvent être synthétisés sous la forme d’un diagramme d’Ishikawa.

On retrouve les 5 sources d’incertitudes entrant dans la modélisation d’un processus de mesure :

  • la méthode de mesure = Mode opératoire

  • l’opérateur = Main d’oeuvre

  • l’appareil de mesure = Moyen

  • l’environnement = Milieu

  • le produit à mesure = Mesurande

On remarque que le nombre de facteurs d’influence est important, ce qui montre qu’une mesure « juste » n’est possible qu’en théorie, mais qu’en pratique, c’est impossible.

Un instrument de mesure, ou un processus de mesure, disperse et procure une incertitude de mesure. Une étude préalable de R&R (Répétabilité & Reproductibilité), également appelé CMC (Capabilité des Moyens de Contrôle), doit être effectuée afin de déterminer si l’incertitude et la variabilité de la mesure est compatible avec la tolérance et la variabilité du processus.

Dans le cas positif, le processus de mesure est déclaré apte, ce qui permet de donner confiance aux mesures effectuées. Dans le cas contraire, il faut apporter des améliorations au processus de mesure.

La méthode d’une étude de R&R s’effectue ainsi :

Faire mesurer n pièces par k opérateurs fois. Afin de considérer l’étude comme valable, il faut que N = k x n ≥ 16, avec 2 ou 3 répétitions.

Les opérateurs ne doivent pas savoir quelles pièces ils mesurent, et l’échantillonnage des pièces doit représenter la production.
Cette étude permet d’obtenir des informations sur :

  • La répétabilité : dispersion de l’opérateur mesurant la même pièce

  • La reproductibilité : dispersion entre les opérateurs mesurant la même pièce

  • L’interaction (étude ANOVA / ANAVAR) entre les pièces et l’opérateur

On conclut en fonction d’un indicateur final (GRR pour étude R&R, Cpc pour étude CMC) sur l’adaptation du processus de mesure par rapport à la caractéristique mesurée :

  • Procédé accepté

  • Procédé toléré (sous condition financière ou technologique)

  • Procédé inacceptable

Si on ne parle que du moyen de mesure, le même instrument peut être accepté pour mesurer une caractéristique dans certaines conditions avec un certain IT, et refusé pour une autre caractéristique !

4. Les méthodes de mesure

4.1 La tomographie

La tomographie est une technique qui consiste à reconstruire le volume d’un objet à partir de plans de coupe successifs.            

Cette technique permet d’accéder à différentes propriétés à l’intérieur de l’objet, selon le type d’information que fournissent les capteurs.

ObjetRadiographie 360°Coupes transversalesReconstruction 3D

Illustration du Cetim

La tomographie peut être appliquée dans différents domaines, tels que la médecine, les géosciences, le  thermique…

Méthode de la tomographie par rayon X

La tomographie par absorption de rayons X est une technique non destructive qui permet la reconstruction d’images en coupe d’un objet à trois dimensions.

Son principe repose sur l’analyse multidirectionnelle de l’interaction d’un faisceau de rayons X avec la matière, par enregistrement par des détecteurs du rayonnement transmis après traversée d’un objet.

Les données acquises lors de la prise de mesure (dont la durée varie d’une fraction de seconde à quelques heures selon l’installation), sont collectées suivant des orientations multiples dont le nombre et le pas sont fonction du type d’appareil et de la finesse de résolution.

À l’aide de ces données, une image numérique est calculée et reconstruite mathématiquement en niveaux de gris ou de couleurs dont chacun traduit point par point le coefficient d’atténuation local du faisceau incident. Celui-ci après calibration et étalonnage peut être traduit en échelle de densité.

La tomographie à rayons X permet donc d’accéder au cœur de la matière pour en apprécier les variations d’absorptions radiologiques et les différences de composition.

Elle permet également de localiser très finement toute hétérogénéité, singularité, vide ou inclusion présents dans un objet, ainsi que de vérifier l’assemblage et le positionnement des ensembles mécaniques complexes.

Enfin, lorsque les temps d’acquisition sont compatibles avec les vitesses de certains phénomènes physiques, la tomographie peut conduire à des mesures dynamiques pour suivre, par exemple, l’évolution d’un matériau soumis à des contraintes.

Les principales techniques tomographiques

  • l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)
  • la tomographie axiale calculée aux rayons X (scanner ou CT)
  • la tomographie en cohérence optique (OCT)
  • la tomographie à émission de positon (TEP)
  • la tomographie à émission mono-photonique (SPECT, pour single photon emission computed tomography)
  • le microscope à effet de champ est parfois appelé sonde tomographique atomique ;
  • la tomographie électronique et la cryotomographie électronique permettent d’obtenir une représentation tridimensionnelle d’un objet à la résolution de quelques nanomètres (milliardième de mètre) à l’aide d’unmicroscope électronique en transmission spécialement équipé ; qui a pu par exemple permettre au Professeur Rubén Fernández-Busnadiego et à son équipe de reconstruire le modèle d’une synapse en fonctionnement 3D;
  • la tomographie sismique, qui permet d’imager des structures géologiques grâce à des séismes.
  • l’imagerie Zeeman-Doppler, utilisée en astrophysique pour cartographier le champ magnétique de surface des étoiles.

4.2 La mesure par thermocouple

Principe

thermocouple 1

Lorsque deux fils composés de métaux différents sont raccordés à leurs extrémités et que l’une d’elles est chauffée, il se produit une circulation de courant continu dans le circuit. C’est l’effet Thermoélectrique.

thermocouple 2Circuit coupé et en chauffant la jonction des deux métaux différents A et B, une tension eAB apparaît ; elle est fonction de la température de la jonction et de la composition des deux métaux.
Tous les métaux dissemblables présentent cet effet.

Dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, il circule un courant lorsqu’on maintient entre les deux jonctions une différence de température.

Ce phénomène est en relation avec les trois effets thermoélectriques dans les métaux :

  • L’effet Seebeck

Thomas Johann Seebeck (1770-1831) est le premier à avoir mis en évidence les effets thermoélectriques de production de courants qui se manifestent dans un circuit constitué de deux métaux dont les deux soudures se trouvent à des températures différentes. Il ne manqua pas de noter le phénomène provoqué par une différence de température le long d’un conducteur homogène ; phénomène qui sera redécouvert trente ans plus tard par William Thomson et qu’on appellera Effet Thomson.

  • L’effet Peltier

Jean Charles Athanase Peltier, physicien français (1785-1845), abandonne la profession d’horloger à l’âge de trente ans pour se consacrer à la recherche en physique ; il est connu pour sa découverte en 1834 de l’effet Peltier : lorsqu’un courant électrique passe dans une jonction de deux conducteurs de métaux différents, on observe une augmentation ou une baisse de température selon le sens du courant ; la quantité de chaleur dégagée ou absorbée étant proportionnelle à l’intensité du courant. C’est, en quelque sorte, l’inverse de l’effet Seebeck. Le passage d’un courant peut donc absorber de la chaleur ; on utilise cet effet dans certains petits réfrigérateurs ou pour le refroidissement de circuits électriques.

  • L’effet Thomson

Découvert par lord Kelvin (alors sir William Thomson) – mais déjà noté par Seebeck -, qui en a reconnu l’existence par expérience après l’avoir démontré théoriquement. C’est une sorte d’effet Peltier, mais entre des portions contiguës d’un même barreau de métal. L’effet Thomson se rapporte à la production – ou à l’absorption – de chaleur provoquée par le passage d’un courant dans une portion de conducteur, en présence d’une différence de température entre les extrémités du tronçon.

Utilisation

Il est utilisé pour la réalisation de sondes thermométriques très précises. La force électromotrice qui apparaît dans le circuit dépend de la nature des deux conducteurs et des températures des deux jonctions: celles-ci sont appelées respectivement :

  • Soudure chaude

Jonction de l’ensemble thermocouple soumis à la température à mesurer : c’est la jonction Capteur.

  • Soudure froide
Jonction de l’ensemble thermocouple maintenu à une température connue ou à 0 °C : c’est la jonction Référence.
 
Le thermocouple le plus précis est constitué de platine et d’un alliage platine + 10% de rhodium (couple Le Chatelier); la sensibilité est de l’ordre de 10 microvolts par degré. D’autres couples métalliques fournissent jusqu’à 70 microvolts par degré, mais les jonctions entre des corps tels que tellure ou bismuth, ainsi que les couples formés de cristaux de germanium dopés n et p, délivrent des forces électromotrices beaucoup plus considérables; ils sont toutefois difficilement manipulables. Le thermocouple le plus réfractaire (utilisable jusqu’à 2 800 °C) est formé de tungstène et d’un alliage de tungstène et de 26% de rhénium. Dans le domaine cryogénique, on peut atteindre 1 K (environ) avec certains couples, formés, par exemple, d’alliages or-cobalt

4.3 La débitmétrie à effet de coriolis

Principe

Le débitmètre de Coriolis utilise comme détecteur un tube en U sans obstacle et utilise la seconde loi de mouvement de Newton pour déterminer le débit.
Le tube de mesure vibre à sa fréquence naturelle à l’intérieur du boîtier du capteur (Figure 1). Le tube de mesure est actionné par un bobinage électromagnétique situé au centre de la courbure du tube et vibre comme un diapason.

debit coriolis

Le fluide s’écoule dans le tube de mesure et est contraint de suivre le mouvement vertical du tube vibrant. Lorsque le tube monte pendant une moitié de sa période vibratoire (Figure 2), le fluide traversant le détecteur résiste à son entraînement vers le haut en repoussant le tube vers le bas.

A sa sortie du détecteur, le fluide a un mouvement ascendant, induit par le mouvement du tube.debit coriolis2

Lorsqu’il franchit le coude du tube, le fluide résiste aux modifications de son mouvement vertical en repoussant le tube vers le haut (Figure 2). La différence de forces entraîne une torsion du tube de mesure (Figure 3). Lorsque le tube descend pendant la seconde moitié de sa période vibratoire, il se tord dans le sens opposé. Cette caractéristique de torsion est appelée effet Coriolis.

debit coriolis3

Du fait de la seconde loi de mouvement de Newton, l’amplitude de la torsion du tube de mesure est directement proportionnelle au débit massique du fluide traversant le tube.

Les détecteurs de vitesse électromagnétiques situés de part et d’autre du tube de mesure mesurent la vitesse du tube vibrant. Le débit massique se détermine en mesurant la différence de temps entre les signaux des détecteurs de vitesse. Dans des conditions d’écoulement nul, il n’y a aucune torsion du tube, d’où une différence de temps nulle entre les deux signaux de vitesse. En cas d’écoulement, il se produit une torsion entraînant une différence de temps entre les deux signaux de vitesse. Cette différence de temps est directement proportionnelle au débit massique.

4.4 La mesure des états de surface

Introduction

La mesure des états de surface consiste à caractériser la micro-géométrie d’une surface. Un profil d’état de surface sera décomposé en écarts géométriques de 4 ordres:

Ecart de formera forme
Ecarts d’ondulationra ondulation

Ecarts de rugosité périodique

( Stries , sillons )

ra periodique

Ecarts de rugosité apériodique

( Arrachements , fentes , piqûres )

ra aperiodique

Indication sur les dessins de définition (ISO 1302-2002)

L’analyse des fonctions telles que Frottement , Glissement , Roulement , Contrainte , Etanchéité , Aspect , doit permettre de satisfaire des caractéristiques géométriques telles que rugosité et ondulation de surface.

ra2a : S’il y a une seule exigence d’état de surface ( Rt 6,8 ) préciser ici
sa valeur maximale en μm
b : S’il y a plusieurs exigences d’état de surface indiquer :
– la 1ère exigence à la position a
– la 2ème exigence à la position b et ainsi de suite
c : Procédé de fabrication en toutes lettres ( meulé, fraisé en bout etc)
d : Orientation des stries de surface
e : Surépaisseur d’usinage sous forme numérique en mm

Les Méthodes

1. La Méthode de la ligne moyenne

Après avoir retiré la forme du profil total, on opère un filtrage du profil mesuré pour l’analyser. Le filtre génère une ligne moyenne d’où le nom de la méthode.

ra m ligne moy

Plusieurs types de filtres sont normalisés
– Filtres électriques de type RC , les plus anciens que l’on trouve sur les anciens appareils. Ils introduisent une déformation et un déphasage dans le signal. Leur emploi tend à disparaître au profit des filtres gaussiens.
– Filtres gaussiens, issus des technologies numériques. Ils évaluent les composantes de rugosité et d’ondulation en un seul filtrage sans introduire de déphasage.

2. La Méthode de la ligne enveloppe supérieure

Cette méthode, mise au point en France par l’industrie automobile qui en a généralisé l’utilisation, est également dite méthode des motifs. On applique un algorithme de type « Reconnaissance de forme sur le profil mesuré pour en évaluer les différents écarts géométriques.
Le système de la ligne moyenne n’est pas toujours adapté à la caractérisation de certaines surfaces car ne prenant pas en  compte leurs fonctionnalités. Pour avoir une approche fonctionnelle, il faut tenir compte des parties actives de la surface orientées vers l’extérieur de la pièce.

3. La Méthode de la courbe de portance ( ISO 13565 )

Le taux de longueur portante est le rapport entre la somme des longueurs portantes du profil à une profondeur donné c, et la longueur d’évaluation.
La courbe de portance décrit la variation du taux de longueur portante en fonction de l’augmentation de la profondeur du profil de rugosité.

Cette courbe est utilisée pour prévoir la tenue à l’usure d’une pièce suivant trois critères :

  • Le critère de rodage où les pics les plus saillants vont être usés et disparaître pendant les premières heures de fonctionnement. L’absence de ce critère limitera d’autant le temps de rodage d’un moteur.
  • Le critère de fonctionnement, qui représente la quantité de matière disponible à l’usure. Plus cette quantité est disponible, plus un moteur fonctionnera longtemps.
  • Le critère de lubrification qui détermine les creux disponibles et toujours utiles pour retenir un lubrifiant . L’absence ou la disparition des creux entrainera le grippage d’un moteur.

Ces paramètres permettent une caractérisation complémentaire de la microgéométrie des surfaces.

Les Paramètres (ISO 4287, 12085, 13565)

Parmi la cinquantaine de paramètres différents permettant de caractériser les états de surface, tous ne sont pas normalisés, d’autres comme Rz , Ry ou Rm ont disparu et d’autres sont normalisés mais non utilisés.

Devant le choix important, les critères les plus utilisés sont Ra ou R ce qui dans beaucoup de cas satisfait plus le dessinateur que la fonction de la surface.

Seules l’expérience et la connaissance de la fonction permettent de choisir les paramètres significatifs et les tolérances à y affecter.

Le tableau « Relation entre la méthode des motifs et la fonction des surfaces ci-dessous peut être consulté.
ra tableaucarrParamètres principaux : spécifier au moins l’un d’eux

losangeParamètres secondaires : à spécifier éventuellement selon la fonction de la pièce

Retrouvez l’article complet sur http://jm.karrer.free.fr

4.5 La conductimétrie

Introduction

conduc im1
La conductimétrie est l’étude quantitative de la conductivité des électrolytes, c’est-à-dire des solutions conductrices du courant électrique..

Rappelons qu’un électrolyte est un milieu conducteur caractérisé par la présence de plusieurs types de porteurs de charges : les anions et les cations.

Sous l’action d’un champ électrique conduc e , un ion acquiert une vitesse limite conduc vproportionnelle à conduc e :

conduc f1-2

La conductivité d’une solution dépend de la nature des ions positifs (cations) ou négatifs (anions) ainsi que de la concentration de la solution.

On définit alors la conductivité σ d’un solution par la relation :

conduc im2

On définie la conductance G par :

conduc im4conduc im5

Interprétation :

  • Pour des concentrations inférieures à 1.10-2 mol.L-1, la conductance est proportionelle à la concentration.
  • La conductance est proportionnelle à la surface des électrodes.
  • Cette droite G = f(C), appelé droite d’étalonnage, permet de déterminer la concentration d’un solution en fonction de sa conductance.

Conductivité molaire d’un ion:
(on rappelle qu’un cation est un ion attiré par la cathode, il est donc chargé positivement, alors qu’un anion, attiré par l’anode est chargé négativement)

conduc im3

 Tableau de quelques conductivités ioniques

Cations
NomSymboleλ°(S.m2.mol-1)
oxoniumH3O+(aq)349,8.10-4
potassiumK+(aq)73,5.10-4
sodiumNa+(aq)50,1.10-4
ammoniumNH4+(aq)73,5.10-4
lithiumLi+(aq)38,7.10-4
césiumCs+(aq)77,3.10-4
rubidiumRb+(aq)77,8.10-4
argentAg+(aq)61,9.10-4
Anions
NomSymboleλ°(S.m2.mol-1)
hydroxydeHO(aq)198,6.10-4
bromureBr(aq)78,1.10-4
iodureI(aq)76,8.10-4
chlorureCl(aq)76,3.10-4
fluorureF(aq)55,4.10-4
nitrateNO3(aq)71,4.10-4
éthanoateCH3COO(aq)40,9.10-4
benzoateC6H5COO(aq)32,3.10-4

Le conductivimètre

Le conductimètre devrait être en théorie, une sonde reliée à un ohmmètre. Mais, le problème est que l’ohmmètre imposerait entre les plaques une tension toujours de même signe.

Cette tension ferait migrer les cations vers la plaque négative, les anions vers la plaque positive.

Il en résulterait un champ électrique croissant antagoniste à celui imposé, d’où comme résultat une résistance croissante tendant finalement vers l’infini.

Il faut donc imposer une tension alternative de valeur moyenne rigoureusement nulle entre les plaques le mieux étant évidemment que cette tension soit sinusoïdale.

La fréquence doit être assez grande pour que le phénomène de migration des ions n’ait pas le temps de se manifester pendant une demi-période où la tension est de même sens.

Elle ne doit pas être trop grande pour éviter la perturbation par les capacités parasites des solutions peu conductrices et aussi pour que les AOP utilisés dans le conductimètre opèrent avec précision.

Sur les conductimètres usuels, la fréquence choisie est d’autant plus élevée que la substance étudiée est conductrice.(exemple Schott :

  • 81 Hz/ calibre 200XS/cm,
  • 326 Hz/ calibre 2000XS/cm
  • 1300 Hz/ calibre 20 mS/cm

Mais d’autres conductimètres fonctionnent à fréquence fixe : WTW: 126 Hz et Heito: 660 Hz

Par l’utilisation du courant alternatif, un effet capacitif apparaît dans la cellule de mesure. La cellule de mesure se comporte comme une capacité en parallèle sur une résistance, que l’on équilibre en insérant une capacité variable dans une autre branche du pont.

Les conductimètres actuels mesurent un courant de dérive du pont.

Pont de Kohlrausch :

conduc im7

Schéma de principe d’un conductivimètre :

conduc im8

La loi d’Ohm conduit à la relation :

conduc im9

Uc est proportionnelle à Rc et doit être amplifiée.

Influence des différents paramètres

Température :

Les mesures de conductance sont très sensibles à la température. Il est donc nécessaire que la cellule, le récipient et la solution soient en équilibre thermique.

Agitation :

Il est conseillé d’arrêter l’agitation lors de la lecture.

Bulles d’air :

Prendre soin de ne pas piéger de bulle d’air lorsque l’on plonge la cellule dans la solution . (la valeur lue est alors trop faible et non reproductible).

Entretien de la cellule :

Les électrodes doivent être conservées dans de l’eau distillée ou déminéralisée pour éviter leur dessèchement.

Détermination de la constante d’une cellule

La cellule vieillit au niveau de la surface des électrodes soit par déshydratation soit par absorption de produits contenus dans les solutions étudiées. Les surfaces des électrodes sont fragiles et ne doivent jamais être mises en contact avec des objets solides ; en particulier ne jamais les frotter avec du papier filtre ! En règle générale :

NE JAMAIS TOUCHER LES PLAQUES DE PLATINE

La valeur indiquée par le constructeur n’est en pratique utilisable que lorsque la cellule est neuve.

Pour les mesures absolues de conductance, il faut donc déterminer la constante de cellule.

Celle-ci est calculée à partir de la mesure de la conductance d’un électrolyte dont on connaît la conductivité. Il s’agit en général de solution de chlorure de potassium 0,1 mol/l. Les valeurs des conductivités d’une solution de chlorure de potassium 0,1 mol/l en fonction de la température sont données ci-dessous :

conduc im10

La conductance de la solution peut alors se calculer par :

conduc im11

La détermination de la constante de la cellule n’est obligatoire que pour des mesures absolues de conductivité mais n’est pas nécessaire pour l’étude des courbes de dosage.

4.6 La magnétoscopie

Introduction

magnetocopieLa magnétoscopie est utilisée pour détecter des discontinuités de surface, débouchant en surface ou sous-cutanées (dans certaines conditions, jusqu’à quelques millimètres de profondeur), exclusivement sur matériaux ferromagnétiques.

Si la magnétoscopie est plus ‘‘restrictive’’ que le ressuage, elle lui est préférée quand elle est applicable car elle est, entre autres, beaucoup plus rapide.

De nos jours, l’utilisation croissante de la magnétoscopie peut s’expliquer par sa fiabilité mais aussi grâce à de récentes et nombreuses évolutions techniques majeures.

Si, au fil des années, des alliages non ferromagnétiques sont de plus en plus utilisés, de plus en plus d’utilisateurs demandent aussi des bancs magnétoscopiques multifonctionnels capables de traiter aussi bien des petites pièces que des grandes. Pour atteindre cet objectif, les bureaux d’études des constructeurs doivent faire des prouesses et faire preuve de beaucoup d’ingéniosité.

Principe

magnetocopie principeLa magnétoscopie consiste à aimanter la pièce à contrôler à l’aide d’un champ magnétique suffisamment élevé. En présence d’une discontinuité, les lignes de force du champ magnétique subissent une distorsion qui génère un “champ de fuite”, appelé également ’’fuite de flux magnétique”.

Un produit révélateur (composé d’une poudre magnétique très fine) est appliqué sur la surface à examiner pendant l’aimantation (technique simultanée) ou après aimantation (technique d’aimantation résiduelle). Le produit indicateur coloré et/ou fluorescent est attiré au droit du défaut par les forces magnétiques pour former des indications.

Ces indications sont observées, dans des conditions appropriées, soit en lumière blanche (lumière artificielle ou du jour), soit sous rayonnement ultraviolet (UV-A).

Les indications sont d’autant mieux détectées qu’elles se situent perpendiculairement aux lignes de force du champ magnétique. Pour détecter toutes les discontinuités à la surface d’une pièce, il faut effectuer deux aimantations orthogonales l’une par rapport à l’autre. L’aimantation longitudinale met en évidence les discontinuités transversales (± 45°), et l’aimantation transversale met en évidence les discontinuités longitudinales (± 45°).

Après contrôle, en fonction des conditions d’utilisation de la pièce, celle-ci peut nécessiter une désaimantation.

Mode d’examen

La magnétoscopie peut être effectuée de diverses manières :

  • Technique simultanée ou technique d’aimantation rémanente.
  • Aimantation par passage soit de champ, soit de courant.
  • Aimantation longitudinale, transversale ou multidirectionnelle.
  • Technique d’application successive d’une aimantation transversale ou d’une aimantation longitudinale, c’est-à-dire technique combinée (aimantations transversale et longitudinale effectuées l’une après l’autre, sans observation intermédiaire).
  • Courant continu ou courant alternatif sinusoïdal redressé (une ou deux alternances) ou non redressé, courant alternatif trihexaphasé (triphasé redressé deux alternances), etc.
  • Soit technique de la poudre sèche, soit technique de contrôle par voie humide.

Les équipements utilisés pour l’aimantation sont : les aimants permanents, les électroaimants portatifs, les générateurs de courants, les bancs magnétoscopiques.

La désaimantation des pièces, lorsqu’elle est requise, est effectuée à l’aide d’un démagnétiseur ou de tout autre dispositif ou technique appropriés.

La magnétoscopie a fait l’objet de nombreux perfectionnements très importants :

  • En 1985 : banc magnétoscopique avec commande à réglage continu par thyristors et affichage et minuteries numériques.
  • Vers le milieu des années 1990 : procédé par champ tournant généré par des têtes magnétiques alternatives sur banc magnétoscopique.
  • En 1993 : technique d’aimantation sans contact par champ tournant en chambre 2D ou 3D.
  • En 1995 : apparition des premières têtes magnétiques alternatives en France et utilisation croissante de la technique d’aimantation par champ tournant sur banc magnétoscopique.
  • En 1997 : premier banc de magnétoscopie proposant un système de régulation (qui a permis la fiabilisation du process).
  • En 1999 : banc magnétoscopique avec interface par pupitre opérateur avec création de « recettes » et régulation par automate.
  • En 2002 : technique d’aimantation sans contact par passage de courant induit.
  • En 2004 : Informatisation du poste de pilotage. Écran tactile convivial et adaptable. Création et mémorisation de « recettes ». Régulation adaptative.

Sans entrer dans les détails, précisons les points suivants :

Technique d’aimantation par champ tournant : c’est une technique qui consiste à faire tourner le vecteur d’aimantation d’au moins 90° très rapidement. Cela est généralement obtenu en utilisant un courant triphasé : une phase induit une aimantation longitudinale tandis que la deuxième phase induit une aimantation transversale. En raison de la différence de phases, le vecteur d’aimantation balaie toutes les directions dans un angle de 120°. L’équipement peut être un appareil sans contact ou la méthode par passage de courant électrique dans la pièce peut être l’une des deux aimantations, la seconde étant l’aimantation par passage de flux magnétique.

Technique d’aimantation sans contact par passage de courant induit : Cette technique consiste à générer un courant dans une pièce généralement ‘‘fermée’’ formant un circuit électrique sur elle-même (pièce annulaire ou tubulaire par exemple), et en assimilant ce circuit au secondaire d’un transformateur. Le primaire du transformateur est généralement le circuit magnétique ou l’électroaimant du banc magnétoscopique.

Aujourd’hui, si le champ tournant sur banc magnétique demeure le plus utilisé (essentiellement pour des raisons de coût), le champ tournant en chambre est privilégié dans certaines applications. Quant au courant induit, il reste encore coûteux et donc relativement peu utilisé, mais il est fort probable que la situation évolue encore dans les années à venir.

Domaine d’application

La magnétoscopie est ainsi une méthode largement utilisée dans le domaine des CND et plus particulièrement dans des secteurs tels que : transport (aéronautique, automobile, ferroviaire, marine, remontées mécaniques), énergie (pétrole, thermique, hydraulique, nucléaire), chaudronnerie, métallurgie (fonderie, forge), mécanique, agro-alimentaire (sucreries, etc.), cimenteries, complexes chimiques, Défense, manèges à sensations, etc., tant en fabrication qu’en maintenance.

Elle permet de contrôler des pièces en fer, en fonte, des aciers forgés, des soudures, des tôles, des tubes… bref, toutes sortes de pièces de géométrie simple ou complexe, pourvu que le matériau qui les constitue soit de nature ferromagnétique.

La méthode est complémentaire de celle des ultrasons ou des courants de Foucault. Là où les ultrasons détectent les défauts situés à une certaine profondeur, la magnétoscopie met en évidence tous les défauts débouchants (jusqu’à quelques micromètres de largeur), et certains défauts sous-jacents peu profonds. Contrairement aux courants de Foucault, elle ne craint pas les effets de bord, et surtout elle ne se limite pas à un contrôle ponctuel.

La magnétoscopie fait en effet partie des méthodes dites “globales”, qui autorisent l’inspection de l’ensemble d’une pièce en une seule opération. Les contrôles, relativement rapides, s’effectuent aussi bien sur des vis de dix millimètres de long que sur des vilebrequins de locomotive Diesel électrique ou encore sur des trains d’atterrissage d’avions.

4.Intérêt de la méthode

Principaux avantages

  • Méthode globale
  • Détection de tous les défauts débouchants
  • Contrôle de pièces de quelques millimètres à plusieurs mètres de long
  • Inspections relativement rapides et peu coûteuses
  • Résolution importante
  • Matériel robuste, pouvant être utilisé dans des environnements difficiles

Principales limitations

  • Contrôle limité aux pièces ferromagnétiques
  • Méthode non entièrement automatisable
  • Détection de défauts internes parfois difficile (suivant leur taille, leur profondeur, etc.)
  • Nécessite l’emploi de produits chimiques (révélateurs)

Normes associées

EN 1330-7:2005
Essais non destructifs – Terminologie – Partie 7: Termes utilisés en magnétoscopie 

ISO 3059:2001
Essais non destructifs – Essai par ressuage et essai par magnétoscopie – Conditions d’observation

ISO 9934-1:2001
Essais non destructifs – Magnétoscopie – Partie 1: Principes généraux du contrôle

ISO 9934-2:2002
Essais non destructifs – Magnétoscopie – Partie 2: Produits magnétoscopiques

ISO 9934-3:2002
Essais non destructifs — Magnétoscopie — Partie 3: Équipement

 

Article provenant du Cofrend : http://www.cofrend.com/controles-non-destructifs/methodes-de-controle/magnetoscopie-mt/

4.7 La spectrophotométrie

Introduction

spectrophotometre

La spectrophotométrie est une méthode analytique quantitative qui consiste à mesurer l’absorbance ou la densité optique d’une substance chimique donnée, généralement en solution. Plus l’échantillon est concentré, plus il absorbe la lumière dans les limites de proportionnalité énoncées par la loi de Beer-Lambert.

La densité optique des échantillons est déterminée par un spectrophotomètre préalablement étalonné sur la longueur d’onde d’absorption de la substance à étudier.

Principe

Le spectrophotomètre fait passer une radiation (lumière) monochromatique (une seule longueur d’onde) à travers une longueur  l (longueur de la cuve du spectrophotomètre) de solution et mesure l’absorbance A (grandeur liée à la quantité de lumière absorbée par la solution).

principe

L’absorbance dépend de la couleur de la radiation, de sa longueur d’onde.

Soit I0 l’intensité de la lumière incidente et I l’intensité de la lumière transmise.

Le spectrophotomètre compare I et I0 à travers soit la transmittance T ( T = I / I0 ) ou l’absorbance A = – Log T.

Si l’énergie associée à la radiation de longueur d’onde l1 n’est pas du tout absorbée par la solution étudiée alors A(l1) = 0. L’énergie est transmise à 100 %.

Si l’énergie associée à la radiation de longueur d’onde l2 est absorbée à 99 % par la solution étudiée alors A(l2) = 2. L’énergie est transmise à 1 / 100 = 0,01 = 10 – 2.

Il faut régler le zéro en plaçant le solvant dans la cuve et l’absorbance doit être nulle.

Connaissant le spectre d’absorption d’une espèce chimique, on peut mesurer, à l’une de ces longueurs d’onde, les variations de l’intensité I d’un faisceau lumineux traversant une même épaisseur L de solution en fonction de la concentration.

Ceci permet d’établir expérimentalement la courbe A = f (C) reliant l’absorbance et la concentration de la substance étudiée (à L et l constantes), en effectuant les mesures de A pour diverses concentrations.

Cette courbe est une courbe d’étalonnage.

La courbe expérimentale d’étalonnage permet de déterminer la concentration inconnue d’une solution de cette substance par mesure de son absorbance et report sur la courbe A = f (C)

La loi de Beer-Lambert donne :

A = e x l x CavecA: absorbance de la solution (sans unité)
 l: longueur de la solution traversée par la lumière (en cm)
C: concentration de la solution (en mol.L-1)
e: coefficient d’extinction molaire (en L.mol-1.cm-1)

e dépend de la nature de la solution et de la longueur d’onde

On retiendra simplement que A = k x C

Les spectres lumineux et la couleur des solutions

1- Spectre d’émission continu d’une lampe à incandescence :

La lumière blanche émise par le soleil ou par une lampe à incandescence peut être analysée par un prisme ou par un réseau.

Sur l’écran on observe un spectre continu . Dans le domaine visible, ce spectre s’étale du violet (longueur d’onde lv = 400 nm) jusqu’au rouge (longueur d’onde lr =  800  nm) dans le vide:

spectre

Le spectre électromagnétique:

spectre em

En fait, le spectre de la lumière visible fait partie du spectre électromagnétique beaucoup plus vaste s’étendant du rayonnement gamma (longueur d’onde pouvant descendre en dessous 10-13m jusqu’au rayonnement hertzien (longueur d’onde pouvant dépasser  10^4 m ).

L’œil humain n’est donc sensible qu’à un tout petit domaine des ondes électromagnétiques. L’homme, cependant, utilise de  nombreuses sources de radiation non visibles. Les rayons gamma permettent de traiter certaines tumeurs.

Les rayons X sont utilisées en radiographie (squelette osseux, dentition, bagages).  La radio, le radar et la télévision émettent des ondes hertziennes. Le soleil nous réchauffe avec les radiations infrarouge et nous fait bronzer avec le rayonnement ultraviolet. Les micro-ondes font fonctionner les téléphones cellulaires et les fours à micro-ondes.

2- Spectre d’absorption d’une espèce en solution :

Une espèce en solution, éclairée par de la lumière blanche, est susceptible d’absorbée, au moins en partie, l’énergie correspondant à  certaines radiations. La lumière transmise ne sera plus blanche mais colorée.

On peut l’analyser avec un prisme, le spectre obtenu est un spectre d’absorption.

Avec le béta-carotène, le spectre présente une bande d’absorption vers les courtes longueurs d’onde :

spectre absorption

Les radiations violettes , bleues et une partie des radiations vertes (bande d’absorption entre 400 et 500 nm) sont absorbées par la solution  de béta-carotène. Cette solution a donc la couleur orange de la carotte. Cette couleur de la solution, observée par transmission, résulte de la superposition sur la rétine de l’œil humain des radiations non absorbées (longueurs d’onde comprises entre 500 et 800 nm).

Titrage spectrophotométrique

On recherche le maximum d’absorption pour l’espèce chimique.

gauss

On trace la courbe d’étalonnage A=f(C) à l’aide de solutions de concentrations connues.

courbe

On place la cuve contenant la solution à titrer dans le spectrophotomètre et on mesure AS.

On lit alors graphiquement CS sur la courbe d’étalonnage.

4.8 La mesure de couple

La force et le couple : quelques rappels

Définition du couple

Le couple en un point O est défini comme le produit d’une force F par une distance d. Cette distance d est celle qui sépare le point de calcul du couple, O, de la droite support de la force F. Cette définition reste basique, on peut aussi définir le couple C en un point O comme le résultat du produit vectoriel de la force F par le vecteur OA, A étant le point d’application de la force (figure 1).

couple im1

Cette première définition vectorielle a le mérite de bien montrer que le couple est un vecteur orienté et qu’il a donc un signe. Si celui-ci est positif, c’est que le mouvement de rotation susceptible d’entraîner le solide se fait dans le sens trigonométrique. Et bien entendu dans le sens inverse dans le cas contraire.

Définitions

  • Champ de vecteur : application qui à tout point M de l’espace fait correspondre un vecteur F(M).
  • Torseur : ensemble constitué d’un vecteur invariant R et d’un champ de vecteurs M tel que pour tout couple de points O, A, on ait :

couple im3

Ce torseur est représenté par le symbole :

couple im4

   R : résultante du torseur
   M(O) : moment du torseur au point O

En mécanique, il existe des torseurs particuliers, lorsque le produit scalaire:

couple im5

Si c’est la resultante qui est nulle, on parle alors de  »torseur couple ». Si c’est le moment qui est nul, on parle de  »glisseur ».

  • Couple ou torseur couple : torseur dont le vecteur resultante est nul. C’est le cas par exemple de la figure 2.

couple im7

Dans la figure 2, deux forces égales mais opposées s’appliquent à un solide. Leur résultante est nulle :

couple im8

T est bien un torseur couple dont le moment vaut:

couple im9

Le moment du torseur couple sera le plus souvent appelé couple. Il est, dans le cas de la figure 2, négatif, ce qui montre bien que le solide, s’il peut tourner, le fera dans le sens inverse du sens trigonométrique.

Unités de mesure

Les distances s’expriment bien entendu en mètres (m), les forces en newtons (N), et donc les couples en newtons-mètres (N . m). La puissance P engendrée vaut alors C . Ω, et elle s’exprime en watts (W), comme toutes les puissances actives, bien que  dans le milieu professionnel de la mesure des puissances mécaniques on utilise parfois le newton-mètre par seconde (N . m/s), équivalent à 1 watt, soit 0,001 36 HP. C’est dû au fait que la valeur générale d’une puissance est

couple im11

formule dans laquelle on retrouve dans le produit F . V des unités en N . m/s.

Les principes de mesure d’un couple

La mesure d’un couple peut donc a priori sembler facile. Dans le cas simple d’une seule et unique force appliquée à un solide, si l’on connaît le point d’application de la force et sa distance r au point de rotation, il suffit de mesurer le module de la force. Ce principe est utilisé dans les clés dynamométriques. Dans de nombreux cas, on peut en effet pratiquer de la sorte. Prenons l’exemple du couple de serrage d’un écrou avec une clé dynamométrique. La mesure de la force est indicative de la valeur
du couple. La déformation de la partie fixe d’un frein à disque permet également de connaître la valeur du couple fourni par la partie tournante, si cette partie fixe est instrumentée à l’aide de résistances de déformation (jauges d’extensiométrie).

couple im12

Cette méthode est utilisée dans le couplemètre statique TB2 d’HBM (figures 3 et 4). Ce capteur est principalement utilisé pour le calibrage de capteurs de référence dans les machines d’essai et de calibrage et pour la comparaison des étalons de référence de différents laboratoires d’étalonnage.

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La principale difficulté va se poser lorsque les pièces vont être en mouvement et que l’on voudra faire une mesure dynamique sans contact. Si nous reprenons l’exemple d’un arbre de machine tournante, il va être beaucoup plus difficile de mesurer la force.

Quelle force ? Ou plutôt, quel ensemble de forces ? Et, surtout, comment instrumenter sans perturber le fonctionnement du système ? Autant de question que se posent les industriels depuis de nombreuses années et auxquelles ont été apportées des réponses variées.

La mesure du couple d’une machine tournante en régime de fonctionnement a longtemps été pratiquée, dans l’industrie comme dans nos laboratoires, à l’aide d’une dynamo balance, ou dynamo frein. Celle-ci, à excitation séparée, est montée sur l’arbre de la machine motrice. Son stator est monté sur paliers à billes.

Lorsque son rotor est entraîné par la machine tournante, si la dynamo débite un courant I, le flux magnétique de la réaction d’induit agit sur les brins du circuit d’excitation placés au stator. Ces brins sont donc soumis à un ensemble de forces qui tente de les mettre en rotation dans le même sens que le rotor. Afin de s’opposer à cette rotation, on déplace sur une règle solidaire du stator une masse marquée M, afin de créer un couple mécanique résistant mesurable (figure 5).

couple im13

Lorsque la règle retrouvera sa position d’équilibre horizontal, le couple résistant Mg . d sera en théorie égal au couple d’entraînement, à quelques erreurs près dues à des approximations. On néglige en effet un certain nombre de pertes, mécaniques (ventilation, frottements) et électromagnétiques (hystérésis et courants de Foucault).

L’apparition des résistances de déformation (le plus souvent appelées jauges d’extensiométrie) ainsi que d’une électronique de mesure de plus en plus précise ont permis la mise au point de couplemètres par mesure des variations des résistances collées sur l’arbre de la machine.

Ces mesures de couple ont un grand nombre d’applications industrielles dans des plages de mesure allant de 1 mN . m, en viscométrie par exemple, jusqu’à 1 MN . m dans l’industrie offshore, ou dans la marine (figure 6).

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Article du professeur Michel Oury

4.9 La mesure de pression

Définition de la pression

La pression est une grandeur dérivée du système international. Elle est définie comme le quotient d’une force par une surface. La pression s’exerce perpendiculairement à la surface considérée.

pression im1

Les différentes unités de pression

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Définition des pressions

  • La pression absolue : C’est la pression réelle, dont on tient compte dans les calculs sur les gaz.
  • La pression atmosphérique ou pression barométrique : La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer, à 15°C, est d’environ 1013 mbar. Elle peut varier, de ± 25 mbar, avec la pluie ou le beau temps. Elle est fonction de l’altitude  (équilibre des liquides).
  • La pression relative : C’est la différence de pression par rapport à la pression atmosphérique. Elle est le plus souvent utilisée, car la plupart des capteurs, sont soumis à la pression atmosphérique. Pour mesurer une pression absolu, il faut faire un vide poussé dans une chambre dite de référence.
  • Pression différentielle : C’est une différence entre deux pression, dont l’une sert de référence. Une pression différentielle peut prendre une valeur négative.
  • Le vide : Il correspond théoriquement à une pression absolue nulle. Il ne peut être atteint, ni dépassé. Quand on s’en approche, on parle alors de vide poussé.
  • Pression de service ou pression dans la conduite : C’est la force par unité de surface exercée sur une surface par un fluide s’écoulant parallèlement à la paroi d’une conduite.

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Manomètres hydrostatiques

Un manomètre est un appareil destiné à mesurer la différence de pression entre un gaz contenu dans une enceinte fermée et la pression atmosphérique. Il s’agit donc d’un appareil de mesure relative.

Principe du plus simple des manomètres :

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Le gaz est contenu dans un volume limité. Il présente donc la même pression en tout point :

pA = p

Par contre, le liquide possède la même pression le long d’un plan horizontal :

pA’ = p

L’équation fondamentale de l’hydrostatique appliquée à un fluide incompressible s’écrit dans notre cas :

pA – p0 = r g h Þ pA = p = p0 + r g h

Remarques :

Dans le cas où pA < pB , le niveau du mercure en B serait au dessous du niveau A :

p = p0 – r g h

Le liquide utilisé était fréquemment le mercure, l’emploi du millimètre de mercure (mm Hg) comme unité usuelle de pression est  donc assez répandu . La relation entre pression et hauteur se simplifie :

p = p0 – r g h => h = (p0 – p) / rg

Sensibilité de l’appareil

Elle est définie comme le rapport de la plus petite variation de niveau décelable associée à la variation de pression correspondante :

s = 1 / (p x g)

La sensibilité est donc d’autant plus grande que la masse volumique du liquide manométrique sera faible.

Pour exemple : Les techniciens de Gaz de France utilisent des manomètres à eau pour valider les installations privées : absence de fuite «stabilité du niveau.

Mesure de la pression atmosphérique

Baromètre de Torricelli :

C’est un tube en verre d’environ 90 cm de longueur, rempli de mercure, clos à une extrémité :
la hauteur h fournie une mesure de la pression atmosphérique.
Pour une pression atmosphérique de 1013 mbars, h = 0,7993 m.

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4.10 Le pipetage

Présentation

pipette mt

La pipette est l’instrument de dosage des petits ou très petits volumes.

Le pipetage est une méthode permettant de transférer un volume déterminé de liquide d’un récipient dans un autre avec une grande justesse et une grande répétabilité.

Les pipettes fonctionnent selon le principe du refoulement. Un piston mobile repousse le liquide lorsqu’il s’abaisse et tire la colonne d’air avec lui vers le haut lorsque son mouvement est ascendant. Le liquide à pipeter est ainsi aspiré dans la pointe de la pipette qui est relevée.

Il existe des pipettes avec volume fixe ou variable.

On distingue les pipettes monocanal ou multicanaux manuelles et les pipettes monocanal ou multicanaux électroniques.

La sélection de la bonne pipette est conditionnée par le domaine d’application et le comportement de pipetage.

Le pipetage manuel régulier exige un effort dû aux forces de pipetage et d‘éjection du cône.

Les pipettes multicanaux disposent de 8 ou 12 canaux utilisés simultanément. Les canaux sont agencés suivant la trame des plaques de microtitration (8 lignes fois 12 colonnes) afin de pouvoir travailler rapidement.

Les pipettes électroniques conviennent particulièrement pour les travaux répétitifs, car elles permettent de réduire au minimum la charge répétée sur la main et de garantir une très grande précision.

Système à déplacement d’air

Ces pipettes fonctionnent selon le principe du système à coussin d‘air. Elles conviennent pour les solutions aqueuses très liquides. Le piston fait partie intégrante de la pipette.

Système à déplacement d’air

Ces pipettes fonctionnent selon le principe du refoulement direct. Elles nécessitent des consommables spéciaux, avec un piston intégré qui vient en contact direct avec le milieu et ne fait pas partie intégrante de la pipette.

Ce système permet le pipetage de solutions fortement visqueuses et d’échantillons volatils, radioactifs ou corrosifs.

En raison de l’utilisation de capillaires et de  pistons à usage unique, le principe de refoulement direct permet d’éviter toute contamination croisée due aux aérosols, aux échantillons ou à la pipette elle-même.

pipette depl air

pipette depl positif

Retrouvez le guide sur les pipettes de Mettler Toledo.

4.11 La machine de traction

Présentation

traction im1L’essai de traction est la méthode la plus couramment utilisée pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux. Il possède deux avantages :

  • Il est simple à mettre en oeuvre, rapide et standardisé ;
  • La courbe de traction qui en résulte fournit des informations précises et nombreuses.
 
Le principe du test consiste à exercer un allongement graduel sur une éprouvette de la nuance à caractériser. La déformation est appliquée dans une seule direction, le sens long ou le sens travers de l’éprouvette.

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Sont enregistrés simultanément la charge nécessaire pour déformer l’éprouvette jusqu’à sa rupture et la déformation de celle-ci, ce qui permet de tracer la courbe de l’effort (la charge rapportée à la section initiale de l’éprouvette) en fonction de la déformation (exprimée en pourcentage d’allongement par rapport à la base de mesure de l’éprouvette L0).

 
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C’est la courbe de traction dont l’allure est donnée dans la figure ci-contre. Ce test uniaxial est décrit précisément dans la norme EN 10002-1, par exemple. Il convient de souligner l’importance de la préparation des éprouvettes (usinage), en particulier pour les aciers à haute résistance.

 

Remarque

Les dimensions des éprouvettes :

1. La dimension des éprouvettes de traction diffère selon l’épaisseur du produit testé :

a.  ép. ≤ 3 mm : largeur 20 mm et longueur 80 mm ;

b.  ép. > 3 mm : largeur 30 mm et longueur 5,65√S0. avec S0 = largeur x épaisseur. Dimensions normées en Europe (normes EN).

2. La dimension des éprouvettes varie aussi selon les pays :

a. Japon (norme JIS) : largeur 25 mm et longueur 50 mm ;

b. USA (norme ASTM) : largeur 12,5 mm et longueur 50 mm.

La variation de la taille des éprouvettes se traduit par des valeurs decaractéristiques mécaniques non comparables. Cependant, elles peuventêtre converties d’une norme à l’autre sur la base de corrélationslargement vérifiées.

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Corrélations JIS – EN – ISO pour les valeurs d’élongation

Le sens de traction

Tous les paramètres qui sont déduits de l’essai de traction traduisent les propriétés de l’acier dans une direction donnée : celle de l’essai de traction. Ces valeurs dépendent donc de la direction de prélèvement de l’éprouvette par rapport à la direction de laminage de la tôle mince.
La direction de prélèvement, en donnant les caractéristiques mécaniques de l’acier, doit donc toujours être précisée par rapport au sens de laminage :

  • Sens long SL (repéré par l’indice 0°) ;
  • Sens travers ST (repéré par l’indice 90°) ;
  • Sens « oblique » (repéré par l’indice 45°).

Principales caractéristiques mécaniques

Par l’essai de traction, on mesure les grandeurs suivantes, caractéristiques du matériau :

a) La limite d’élasticité : Re

Point A de la courbe de traction. C’est la charge qui délimite le domaine élastique où les déformations sont réversibles, par rapport au domaine plastique où commencent les déformations irréversibles.

Deux cas peuvent se présenter :

  • La transition entre les domaines élastique et plastique fait apparaître un maximum suivi d’un palier, c’est-à-dire un décrochement brusque de la limite d’élasticité. On distingue la limite d’élasticité supérieure ReH qui correspond à ce maximum et la limite d’élasticité inférieure ReL qui correspond au palier. La longueur du palier est définie par la grandeur Ap ;
  • La transition se fait de manière progressive. La limite d’élasticité est alors définie de façon conventionnelle. Elle est mesurée pour une valeur de 0,2 % d’allongement et notée Rp 0,2. Quel que soit le cas, l’appellation Re sera utilisée dans la suite du document.

 

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Définition de la limite d’élasticité et du palier

b) La résistance à la traction (ou résistance à la rupture ou encore résistance mécanique) : Rm

Point B de la courbe de traction. C’est la charge maximale atteinte durant l’essai de traction.

A partir de ce point, la déformation commence à se localiser sous forme de striction, ce qui explique la décroissance de l’effort nécessaire aux déformations au delà du point B.

c) L’allongement à la rupture : A%

C’est la valeur rémanente de l’allongement après rupture de l’éprouvette, au point C de la courbe de traction.

d) Le coefficient d’écrouissage : n

Dans l’essai de traction, on mesure les efforts rapportés à la section initiale de l’éprouvette. Si l’on calcule les efforts rapportés à la section instantanée de l’éprouvette en utilisant les lois de conservation de la matière, on détermine alors les contraintes vraies σ et les déformations vraies ε. La courbe que l’on obtient alors en traçant σ = f(ε) s’appelle la courbe rationnelle de traction. Cette courbe peut-être modélisée selon la loi d’Hollomon : σ = k.εn, où n s’appelle le coefficient d’écrouissage. Il caractérise la propension de l’acier à se durcir au cours de la déformation dans le domaine plastique (plus n est élevé, plus l’acier se consolide vite) à subir une déformation en expansion et à répartir les déformations.

e) Le coefficient d’anisotropie : r

Ce coefficient mesure la tendance de l’acier à résister à l’amincissement au cours de l’essai de traction. Il exprime le rapport entre la déformation en largeur et la déformation en épaisseur de l’éprouvette. Il reflète ainsi l’aptitude de l’acier à s’emboutir profondément en accommodant la déformation en rétreint.

Les valeurs usuelles de r, de l’ordre de 1 pour les tôles à chaud peuvent atteindre près de 3 pour les qualités d’acier les plus emboutissables.

f) Bake Hardening

Capacité de durcissement des aciers lors de la cuisson de la peinture, cette capacité étant mise à profit pour provoquer une augmentation de la limite d’élasticité sur pièce finie.

Ainsi, ces aciers permettent de concilier une bonne aptitude à l’emboutissage et, après cuisson de la peinture, une bonne résistance à l’indentation (valeur de Re plus élevée que sur métal à plat) et une bonne résistance à la déformation plastique de la pièce.

Il est déterminé par la mesure de l’augmentation de Re lors d’un traitement thermique de 170°C pendant 20 min simulant les conditions de cuisson de la peinture après prédéformation en traction uniaxiale de 2 % (usage le plus représentatif). Ce paramètre est appelé BH2.

g) Work Hardening

Augmentation de la limite d’élasticité par rapport au niveau de référence après une déformation plastique. Il est directement lié au coefficient d’écrouissage n de l’acier.

Familles d’aciers plats bas C

Les aciers plats bas carbone peuvent-être regroupés par famille selon leurs caractéristiques mécaniques, le compromis résistance/ductilité et les principes métallurgiques employés (chimie et procédés thermomécaniques). A l’intérieur des familles métallurgiques, des classifications par plages de Re ou de Rm définissent des grades.

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 Les familles métallurgiques

 

Retrouvez l’article sur http://www.arcelormittal.com

4.12 La shearographie

Présentation

Afin d’optimiser la gestion des infrastructures et des ouvrages existants en vue de prolonger leur durée de vie, il est nécessaire de connaître leur état et de détecter leurs défauts. Les méthodes optiques sont des moyens de contrôle et de mesure non destructifs. La shearographie, aussi appelée interférométrie de speckle à dédoublement latéral ou interférométrie différentielle, est particulièrement adaptée à la détection de défauts grâce à sa capacité à visualiser préférentiellement les zones de concentration de contraintes et à sa robustesse.

La shearographie permet de détecter des fissures mécaniquement actives, y compris dans le cas où elles ne sont pas débouchantes. Cette technique s’avère bien adaptée à une utilisation opérationnelle et permet de détecter des fissures sur des ouvrages sollicités par le trafic.

Principe de l’interférométrie de speckle

Le speckle (ou grain de lumière), également dénommé tavelure, est un phénomène d’apparence aléatoire résultant de l’éclairement d’une surface optiquement rugueuse par une lumière cohérente.

Lorsqu’on réalise des interférences avec deux ondes dont l’une au moins contient du speckle, on parle d’interférométrie de speckle. En holographie digitale, une onde, contenant du speckle car réfléchie par l’objet, interfère avec une onde plane de référence et l’étape de reconstruction 3D de l’onde objet, analogique par diffraction numérique, est évitée. La plaque photographique de l’holographie classique est remplacée dans ce cas par une caméra CCD.

Lors de l’étude d’une déformation ou sollicitation, deux états sont comparés, l’état initial de l’ob-jet et l’état sollicité. La première image d’interférence caractérise l’objet dans son état initial.

L’éclairement de l’image résultante est le produit d’un facteur de haute fréquence spatiale par un facteur de basse fréquence, ce qui se traduit par une modulation du premier facteur par le second. La différence des deux images d’intensité fait donc apparaître des franges, appelées pseudo-franges car elles sont issues d’une différence d’éclairement et non d’interférences constructives. Les pseudo-franges noires correspondent aux lieux où la différence de phase relative D due à la déformation est égale à 2kPi.

Principe de la shearographie

La shearographie a été développée initialement par Leendertz en 1973 pour l’observation plein champ de défauts de surface. Un faisceau laser élargi éclaire l’objet étudié, ce qui produit une figure de speckle. Contrairement à l’interférométrie de speckle classique qui comporte un faisceau de référence, c’est la lumière réfléchie par l’objet qui est dédoublée. Ces deux faisceaux, légèrement décalés d’une quantité d, interfèrent sur le capteur CCD d’une caméra. Ce décalage peut être généré par un interféromètre de Michelson (Figure ci-dessous) ou un biprisme. Un cristal piézoélectrique est placé derrière un miroir M2 afin d’ajouter si nécessaire un terme de phase connu au signal.

shearographie

shearographie1shearographie2shearographie3shearographie4
Objet analyséImage 1 vue par la caméra (superposition de 2 images décalées )Soustraction Absolue(Im1 – Im2) (sans contrainte imposée lors de l’image 2)

Soustraction Abs(Im1 – Im2) (objet sous contrainte) Le « défaut » apparaît

Retrouvez toutes les explications en détail dans le document à télécharger.

Image du lycée Jean Mermoz de St Louis (68)

4.13 La pHmétrie

Qu’est ce que le pH ?

Le pH est une donnée de la qualité de l’eau.

La qualité d’une eau et son pH sont souvent mentionnés dans une même phrase. Le pH est un facteur important dans le traitement de l’eau car certais procédés nécessitent d’être réalisé avec un pH spécifique pour être efficace. Par exemple, les réactions mettant en jeu le chlore, n’ont lieu que pour des pH de l’ordre de 6.5 à 8.

Le pH donne une indication de l’acidité d’une substance. Il est déterminé à partir de la quantité d’ions d’hydrogène libre (H+) contenus dans la substance. L’acidité est un des paramètres les plus importants des propriétés de l’eau. L’eau est un solvant pour presque tous les ions et le pH permet de comparer les ions les plus solubles dans l’eau.

Le résultat d’une mesure de pH est défini par les quantités d’ions H+ et d’ions OH- présentes dans la substance. Quand les quantités sont égales, l’eau (ou la substance) est considérée comme neutre, et le pH à une valeur aux alentours de 7.

pH = – log ( H+)

ph im1Le pH est un facteur logarithmique, quand une solution devient 10 fois plus acide, le pH diminue d’une unité. Si la solution devient 100 fois pluys acide, le pH diminue de 2 unités.

Une solution est acide si son pH < 7. Plus on se raproche de 0, plus la solution est acide. (ex: acide chlorhydrique concentré pH = 0, Soda pH # 3…)

Une solution est basique si son pH > 7. Plus le pH se rapproche de 14, plus la solution est basique. (ex: Soude caustique pH = 14, eau de javel pH # 12…)

Principe de la pHmétrie 

C’est une méthode potentiomètrique utilisant une électrode de verre spécifique aux ions H+ .

Un pH-mètre est composé d’un millivoltmètre électronique relié à deux électrodes rassemblées dans la sonde. 

Le pH-mètre mesure la tension (différence de potentiel) entre ces deux électrodes. Celle-ci est directement liée au pH de la solution dans laquelle la sonde est immergée.

L’une des électrodes est appelée électrode de référence au calomel (Hg) saturé ou Ag/AgCl (préférable pour l’environnement). Son potentiel E est constant à une température donnée.

L’électrode de verre est l’électrode indicatrice de pH : son potentiel est une fonction affine du pH.

Par conséquent, la tension E mesurée par le millivoltmètre est de la forme suivante :

E = Everre –Eref

Constitution d’un pH-mètre

phmtreUn pH-mètre comporte deux parties :

  • une sonde constituée de deux électrodes trempant dans la solution aqueuse dont on veut mesurer le pH.
  • un boîtier électronique relié à la sonde qui affiche la valeur du pH.

Les sondes de pH-mètre sont très délicates :

  • attention aux chocs !! ( protection par un manchon en plastique )
  • elles se conservent dans des solutions aqueuses ioniques très concentrées ( souvent des solutions saturées en chlorure de potassium )
  • entre deux utilisations, une sonde ne doit jamais rester exposée à l’air libre : elle doit être toujours immergée dans de l’eau distillée.

Principe de fonctionnement d’un pH-mètre

Lorsque la sonde d’un pH-mètre plonge dans une solution aqueuse, il apparaît aux bornes des électrodes une tension électrique U due à un phénomène de pile électrochimique.

Lorsqu’un équilibre est atteint entre la solution d’étude et la sonde, (une agitation magnétique permanente de la solution d’étude est nécessaire pour atteindre l’équilibre ), cette tension U est une fonction affine décroissante du pH :

U=a–b.pH

où a et b sont des coefficients positifs qui dépendent de la nature des électrodes, des solutions dans lesquelles elles sont immergées et de la température.

Les valeurs des constantes a et b sont ajustées grâce à un étalonnage du pH-mètre

Utilisation d’un pH-metre

Etalonnage en pH

Pour étalonner en pH, il faut

  • tremper la sonde propre et sèche dans une solution étalon appelé solution tampon, solution de pH stable et dont la valeur est connue;
  • régler l’appareil de manière à ce qu’il affiche la valeur du pH de la solution tampon. 

On réalise d’abord un étalonnage avec une solution tampon de pH = 7,0

On réalise ensuite un étalonnage avec une solution tampon acide de pH = 4,0

Mesure du pH

Pour la mesure du pH, il faut :

  • Placer la solution à analyser sous agitation magnétique;
  • tremper la sonde propre et sèche dans la solution à analyser, après étalonnage bien entendu ( bien positionner la sonde de façon à éviter tout choc avec la sonde);
  • attendre la stabilisation de la valeur du pH avant lecture.

Entre deux mesures, ou entre deux étalonnages ou encore entre un étalonnage et une mesure vous devez laver la sonde à l’eau distillée et la sécher avec un papier absorbant.

4.14 Le point de rosée

Définition

pt roseLe point de rosée ou température de rosée est la température la plus basse à laquelle une masse d’air peut être soumise, à pression et humidité données, sans qu’il se produise une formation d’eau liquide par saturation.

La notion de point de rosée est une notion de base importante dans le fonctionnement des sécheurs frigorifiques d’air comprimé et de la condensation atmosphérique créant les hydrométéores.

Il est une donnée déterminante dans l’isolation thermique du bâtiment qui permettra de savoir s’il y a un risque que l’humidité ambiante d’une pièce se condense en traversant les couches successives d’un mur extérieur, dans lequel chaque couche affiche un gradient de température particulier, dégressif vers l’extérieur. Le cas échéant, l’humidité qui se condense peut provoquer la détérioration de la couche dans laquelle le phénomène se produit.

Principe

Le point de rosée est une donnée thermodynamique caractérisant l’humidité dans un gaz. Le point de rosée de l’air est la température à laquelle la pression partielle de vapeur d’eau est égale à sa pression de vapeur saturante. Il s’agit donc de la température à laquelle il faut refroidir un volume d’air, à pression et humidité constantes, pour qu’il devienne saturé.pt rose graph

L’air contient toujours une certaine proportion de vapeur d’eau. La pression partielle exercée par cette vapeur est égale ou inférieure à une valeur maximale qui dépend de la température ambiante. Si l’air humide est progressivement refroidi à pression constante, la pression de vapeur d’eau ne change pas mais la valeur maximale diminue jusqu’à ce que les deux deviennent égales. La température de rosée correspond à la saturation de l’air et tout refroidissement subséquent conduit à l’apparition d’eau sous phase liquide. C’est le phénomène de condensation, qui survient lorsque le point de rosée est atteint et que des sites de nucléation sont disponibles, qui crée les nuages, la brume et la rosée en météorologie. La condensation atteint de la même manière les parois des bâtiments. Ce phénomène est le principe moyen de mesure mis en œuvre dans les hygromètres à condensation, encore appelés hygromètres à point de rosée.

Lorsque la température est inférieure au point de congélation, l’air peut devenir saturé par rapport à l’eau et donner des gouttelettes surfondues, ou saturé par rapport à la glace et donner de la gelée blanche. Dans ce second cas, la température de saturation est appelée point de givrage. Ce dernier est plus chaud que le point de rosée à ces températures car la pression de vapeur saturante par rapport à la glace est plus basse que par rapport à l’eau liquide. Ceci mène la vapeur d’eau à se déposer plus généralement sous forme solide que liquide sous le point de condensation.

pt de rose

Formule

Formule de Heinrich Gustav Magnus-Tetens

Domaine de validité :

  • T, température mesurée : 0 °C < T < 60 °C
  • RH, humidité relative : 0,01 (1 %) < RH < 1,00 (100 %)
  • Tr, point de rosée : 0 °C < Tr < 50 °C

4.15 La machine de mesure tridimensionnelle (MMT)

mmtLes  moyens  de  mesure  classiques  sont  aujourd’hui  complétés  par  les  techniques  de  mesure tridimensionnelles  qui  permettent  d’accéder  à  la  géométrie  des  pièces  complexes  avec  une  grande précision.

Constitution d’une MMT

Une MMT est constituée de 4 sous-ensembles distincts :

– La structure de déplacement

– Le système de palpage

– Le système électronique

– Le système informatique et le pupitre de commande

La structure de déplacement

Elle comprend 3 guidages en translation orthogonaux deux à deux notés X , Y et Z. Ces guidages, sans jeu ni frottements, permettent d’atteindre tous les points d’un volume parallépipédique.

Le système de palpage

Son  rôle  est  de  détecter  le  contact  entre  le  stylet  et  la  pièce  et,  à  cet  instant,  d’envoyer  une impulsion au système électronique pour qu’il lise les coordonnées du point de contact sur les systèmes de mesure. 
 
Le système électronique

Il a plusieurs fonctions essentielles :

– Recevoir les impulsions de contact en provenance de la tête de palpage

– Envoyer les ordres de lecture sur les 3 systèmes de mesure au moment du contact

– Recevoir du système informatique les ordres de mouvement pour la commande des moteurs d’axes (Machines à CN)

– Gérer les sécurités telles que pression d’air mini sur les patins aérostatiques, fins de courses des mouvements etc. 
 
Le système informatique et le pupitre de commande

– Acquisition et mise en mémoire des gammes de contrôle des pièces

– Exécution des gammes de contrôle

– Traitement des informations et édition des résultats

– Logiciel conversationnel permettant l’utilisation de la machine

Les types de machines

Il  en  existe  de  différents  types  qui  sont  fonction  de  la  morphologie  des  pièces  à  mesurer,  des précisions à atteindre, de la facilité d’utilisation, etc .

Les différentes morphologies

mmt morphologie

Les différents types de commandes

Machines Manuelles 
 
C’est l’opérateur qui déplace le palpeur 
– Pas de sauvegarde du programme 
– La présence de l’opérateur est nécessaire pour chaque palpage 
– Incertitudes de mesurage importantes  
– Machines de petites dimensions 
 
Machines Motorisées 
 
L’opérateur commande les déplacements par l’intermédiaire de manettes de pilotage, mais la vitesse de déplacement est asservie en mode palpage. 
– Plus faible influence de l’opérateur 
– Pas de limites en dimensions 
 
Machines à Commande Numérique 
 
Les axes de déplacement sont asservis en vitesse et position. 
La pièce est modélisée par des éléments géométriques calculés à partir des points palpés. 
– L’écriture d’une gamme C.N. nécessite la définition d’un repère associé à la pièce 
– L’exécution d’une gamme ne nécessite plus la présence d’un opérateur 
– La précision de palpage ne dépend plus de l’opérateur 
– Le choix de la position des points palpés sur la surface n’est fait qu’une seule fois lors de l’apprentissage ou à l’aide d’un logiciel de FAO.

Mode de fonctionnement

Une MMT matérialise un repère orthonormé à 3 dimensions mmt dim
 
Pour chaque point palpé, on recueille les coordonnées du centre du palpeur :

                     mmt-palp

La  pièce  à  mesurer  est  ensuite  modélisée  à  l’aide  des  éléments  géométriques  définis  par  le préparateur ( points, droites, plans, cercles, cylindres, cônes et sphères ). A partir du nuage de points palpés,  un  traitement  suivant  la  règle  des  moindres  carrés  permet  de  définir  quantitativement  les éléments géométriques . 
 
Pour  définir  un  élément  géométrique  sur la machine, le logiciel demande de palper le nombre de points minimum+1, soit par exemple 4 points à palper pour définir un plan. Si l’on s’en tenait au nombre minimum de points (3) , le calcul d’optimisation suivant la méthode des moindres carrés, ainsi que le calcul du défaut de forme serait impossible.

palpeurs-mmt

Méthode de mesure 
 
Le contrat à remplir par les ateliers de fabrication est l’obtention d’un produit conforme au dessin de  définition.  C’est  donc  à  partir  de  celui-ci  que  l’on  définira  les  cotes  fonctionnelles  devant  être mesurées. 

A partir de là, des travaux, d’une part d’aspect pratique, d’autre part d’aspect théorique peuvent être conduits parallèlement. 

Aspect pratique

a) Position de la pièce dans le repère machine :

Il sera nécessaire de définir une seule position possible pour la pièce , à quelques dixièmes de mm près,  si l’on veut la mesurer en automatique en exécutant une gamme de mesure. Cette position sera définie dans le repère machine. 
 
b) Définition du système de palpage :

Il  est  nécessaire  de  définir  tous  les  systèmes  de  palpage  (  Angles  A  et  B  de  la  tête  motorisée, longueur des stylets et des rallonges ) qui sont nécessaires à la mesure d’une pièce et de les étalonner sur la sphère étalon.

Aspect théorique

Le préparateur devra définir à partir du plan les éléments géométriques qui seront définis lors des palpages .  D’autre  part  ,  la  définition  des  repères  de  dégauchissage  est  nécessaire  pour  une  expression correcte des résultats de mesure. 
 
Ensuite, seulement on pourra créer la gamme de palpage de la pièce, puis la gamme de vérification des cotes fonctionnelles qui conduira à l’édition du procès verbal de contrôle.

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