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1 1 COURS DE METROLOGIE CHIMIQUE ACQ – R2MV et SMC S4 2015-2016 Mohammad BAKASS

1 1 COURS DE METROLOGIE CHIMIQUE ACQ – R2MV et SMC S4 2015-2016 Mohammad BAKASS 2 La métrologie existe depuis plus d'un siècle mais, à quelques exceptions près, cette discipline ne s'est appliquée à la chimie que durant les vingt dernières années. Ce module permet à l’étudiant :  de savoir identifier et affermir la place de la fonction "Métrologie" au sein d’un laboratoire de chimie, en relation avec le système d'assurance qualité en vigueur ou en projet dans cette structure,  d’apprendre à avoir confiance et inspirer confiance dans des résultats de mesure, d'analyse ou d'essais,  de maîtriser les outils associés,  d’acquérir les fondements de base sur le contrôle de qualité et sa mise en application,  de compléter sa formation dans les techniques d’expression et de communication· CHAPITRE I : Notions de bases et incertitudes de mesure 1 3 la mesure est un acte quotidien , elle protège les personnes dans plusieurs de domaines: le domaine de la santé publique : La mesure permet le dosage des médicaments – la fiabilité des appareils de mesure des salles d’opération ou de soins intensifs. Le domaine du travail : Suivi des heures travaillées, niveaux de bruits et d’éclairage des locaux professionnels, mesures d’atmosphères ambiantes (vapeur de mercure, fibres et particules). Le domaine de la sécurité routière : Mesure de vitesse, taux d’alcoolémie, efficacité du freinage des véhicules et mesures pour constater leur respect !... Le domaine de protection de l’environnement : Mesure des nuisances, de la qualité de l’aire et de l’eau. 1 4 Métrologie ou Mesure : Opération permettant de définir la valeur d'une grandeur avec une précision plus ou moins grande. Métrologie : domaine des connaissances relatives au mesurage (aspects théoriques et pratiques) quelque soit la nature de la science et de la technologie développée. Types de métrologie: - La métrologie Légale. - La métrologie Industrielle. - La métrologie Scientifique. Dans les sciences expérimentales, il n’existe pas de mesures exactes (erreurs plus au mois importante selon le protocole opératoire, l’appareillage et l’expérimentateur). La métrologie « science de la mesure » s’intéresse à l’évaluation des erreurs (l’incertitude sur une mesure :domaine complexe) . Donc à la détermination de grandeurs fondamentales ou dérivées. 1 5 Les grandeurs fondamentales sont: * la longueur notée L, * la masse notée M, * la mole notée N, * l’intensité notée I, * le temps notée T, * la température notée . * le candela cd. Remarques: A - Dans le langage courant des «métrologues», on entend souvent dire mesurer c’est comparer. B - Sans incertitude les résultats de mesure ne peuvent plus être comparés. C - Les résultats des mesures servent à prendre des décisions : l’acceptation d’un produit, validation d’un procédé, réglage d’un paramètre dans le cadre d’un contrôle d’un procédé de fabrication, validation d’une hypothèse scientifique, protection de l’environnement….. 6 Exemple 1 : Analyse dimensionnelle Nous souhaitons établir l’équation aux dimensions de la constante de gravitation universelle G . [G] = = M-1.L3.T-2 . G est une constante qui peut être exprimée en: Exemple 2 : La formule suivante est-elle valide dimensionnellement!? Faire une analyse dimensionnelle pour confirmer ou rectifier. F = ; F est une force ; G est une constante exprimée en: L’équation peut- être écrite sous la forme dimensionnelle suivante: [F]α.[G]β.[m]γ.[r]θ = 1 (1) [MLT-2]α.[L3M-1 T-1 ]β.[M]γ.[L]θ = 1 Lα+3β+α . Mα-2β+γ . T -2α-2β = 1 α+3β+θ = 0 ; α-2β+γ = 0 ; 2α+2β = 0 α = - β γ = 2β et θ = - 2β [F]-β.[G]β.[m]2β.[r]-2β = 1 ceci impose β = 1 [F]-1.[G]1.[m]2.[r]-2 = 1 ce qui est équivalent à [F]= [G]. 1 7 Généralités sur la mesure d’une grandeur physique: * L'addition et la soustraction de nombres ne sont possibles que s'ils sont relatifs à la même grandeur. Une grandeur physique: toute propriété de la nature qui peut être quantifiée par la mesure ou le calcul, et dont les différentes valeurs possibles s'expriment à l'aide d'un nombre généralement accompagné d'une unité de mesure. * Il est possible de multiplier ou de diviser des grandeurs différentes: Il existe théoriquement une infinité de grandeurs. Mesurande X: la grandeur physique (paramètre) à mesurer ou à contrôler lors de l’élaboration d’un produit. Mesurage: l’ensemble des opérations qui permettent de déterminer la valeur d’une grandeur physique. Mesure (x): de la grandeur X qui n’est que l’évaluation d’une grandeur par comparaison avec une autre grandeur de même nature prise comme unité. 1 8 Important : L’incertitude peut être, par exemple, un écart-type (ou un multiple donné de celui ci), ou la valeur d’un intervalle de confiance. L’incertitude (de mesure) est un paramètre non négatif associé au résultat d'un mesurage. Il caractérise la dispersion des valeurs que l'on pourrait raisonnablement attribuer au mesurande. Remarque : l’incertitude d’une mesure comprend en général de nombreuses composantes : * Celles qui peuvent être évaluées à partir de la distribution statistique des résultats d’une série de mesures et peuvent être caractérisées par les écarts-types. * D’autres, qui peuvent être également caractérisées par les écarts- types, sont évaluées à partir des distributions présumées de la probabilité en fonction de l’expérience ou d’autres informations. * Le Guide ISO désigne ces deux cas respectivement comme des estimations de Type A et de Type B. L’incertitude de mesure: 1 9 *une définition incomplète du mesurande, *l’échantillonnage, les interférences, les conditions d’environnement, les imprécisions des appareils mesurant les masses et les volumes et les valeurs de référence, * les approximations de la méthode et la procédure de mesure. L’incertitude pouvant affecter un résultat peut provenir de plusieurs sources à savoir : L’incertitude affiché peut être : • Incertitude absolue : elle a la même unité que la grandeur X. • Incertitude relative, qui est sans dimensions et souvent donnée en %. x a X a a x r  1 10 Remarque : Puisqu'il est impossible de déterminer une valeur vraie, en pratique, on utilise une valeur conventionnellement vraie. Une vraie valeur (valeur de référence) d’une grandeur est une valeur compatible avec la définition d'une grandeur particulière donnée. En effet ; c'est une valeur que l’on obtiendrait par un mesurage parfait (toute valeur vraie est par nature indéterminée). Une valeur conventionnelle (valeur de référence: estimation d'une valeur vraie) est une valeur attribuée à une grandeur particulière, par un étalon de référence, et reconnue parfois par convention avec une incertitude appropriée. L’erreur absolue (e): (erreur de mesure ou de justesse) est le résultat d’un mesurage (valeur mesurée) moins la valeur de référence (vraie valeur ) du mesurande. Elle s’exprime dans l’unité de la mesure: 1 11 * Erreurs d’étalonnage : - erreur par rapport aux étalons primaires, - erreur due à la technique d’étalonnage. * Erreurs d’acquisition de données: - erreur due à l’appareil de mesure, - erreur due aux variables non contrôlées En général, les erreurs peuvent se classer en trois types: * Erreurs due à l’analyse des données: - erreurs dus au lissage (i.e. méthode des moindres carrés), - erreur de troncature (suppression ou omission d'une partie, initiale ou finale d'une chaîne selon des critères donnés). Donc il est possible de décomposer le terme des erreurs en deux types: L’erreur relative de justesse: le rapport de l’erreur de mesure à la valeur de référence (vraie valeur ) de la grandeur physique. Elle s’exprime généralement en pourcentage de la grandeur mesurée. 1 12 * L’erreur aléatoire : lorsque, d’une mesure à une autre, la valeur obtenue peut être surévaluée ou sous-évaluée par rapport à la vraie valeur. C’est le résultat d’un mesurage moins la moyenne d’un nombre infini de mesurages du même mesurande effectués dans des conditions de répétabilité. * L’erreur systématique: affecte le résultat constamment et toujours dans le même sens. C’est la moyenne qui résulterait d’un nombre infini de mesurages du même mesurande, effectués dans des conditions de répétabilité, moins la valeur vraie (ou de référence) du mesurande. * Les erreurs grossières, « erreurs aberrantes » sont dues à des conditions anormales ou à des fautes techniques. On les élimine dès qu’on les détecte. Remarque : Comme on ne peut faire qu’un nombre limité (fini) de mesurages, il est seulement possible de déterminer une estimation des erreurs aléatoire et systématique. 1 13 Important : -il y a toujours une distinction entre erreur et incertitude: -L’erreur est définie comme étant la différence entre la valeur de mesure d’une grandeur et une valeur de référence du mesurande (c’est une valeur unique), - La valeur d’une erreur connue peut être appliquée comme correction du résultat. - Les erreurs ne peuvent pas être connues exactement et présentent deux composantes, à savoir une composante aléatoire et une composante systématique. En général, la valeur de l’incertitude ne peut pas être utilisée pour corriger le résultat d’une mesure. 1 14 Formule de Taylor Soit Z une fonction de Si sur chaque valeur de x on a une erreur x. L’erreur sur Z est : Le maximum d’erreur absolue est : On peut alors déduire le maximum d’erreur relative :   i n x f Z x x x x uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-de-metrologie-chap-i-microsoft-powerpoint.pdf