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Métrologie Devoir maison L’application de la métrologie sur le génie chimique R

Métrologie Devoir maison L’application de la métrologie sur le génie chimique Réalisé par : SADOUN Bouchra 1 Sommaire I. Introduction. II. Les problèmes rencontrés en chimie. III. Définition de la métrologie. IV. Historique. V. L’application de la métrologie en chimie VI. Exemple concret de l’application de la métrologie en chimie. VII. Les limites de la métrologie en chimie. VIII. Conclusion. 2 I. Introduction Il est devenu une évidence que dans la plupart des domaines de l’activité socio-économique, il est fait de plus en plus appel à l’analyse chimique. Partout dans le monde, le résultat analytique est la base sur laquelle sont établies et vérifiées les hypothèses scientifiques, élaborées et contrôlées les productions industrielles, discutés des accords commerciaux, évaluées les pollutions, établis des diagnostics et des traitements médicaux, fixées des normes, et sans laquelle ne peuvent se prendre certaines décisions juridiques et politiques. On demande désormais aux analystes de fournir des éléments de réponse à des problèmes de société. Avec l’ouverture des frontières, l’internationalisation de l’activité dans tous ces domaines ne fait que se développer. Elle ne peut cependant qu’être limitée tant que les résultats analytiques établis dans un pays ne sont pas admis comme fiables dans les autres pays concernés. Ceci exige que des résultats obtenus en différents lieux puissent être reproduits et comparés, c’est-à-dire obtenus selon des protocoles admis par tous et exprimés dans un langage commun à tous les analystes et utilisateurs. Les organisations nationales et internationales qui s’occupent de métrologie mènent donc des actions concertées pour tenter de mettre en place une pratique métrologique rigoureuse afin d’assurer la comparabilité des résultats analytiques en chimie. Ces efforts sont cependant encore l’objet de discussions au sein de la communauté des chimistes analystes eux-mêmes, car la mesure en chimie est souvent d’une approche complexe et sectorielle. Elle n’est pas toujours envisageable selon des principes issus de la métrologie en physique et souvent proposés comme modèles. Ceux-ci peuvent apparaître excessivement dogmatiques pour une application en chimie. Il n’en reste pas moins que, fondamentalement, tous les efforts doivent tendre vers la réalisation d’analyses dans le cadre d’un système organisé qui garantisse que les résultats sont exprimés dans un système d’unités reconnu, et fournis aux utilisateurs avec des informations concernant leur signification (intervalle de confiance ou incertitude). II. Les problèmes rencontrés en chimie Bien que ce soient des mesures (gravimétriques, volumétriques, etc.) qui ont été à l’origine du développement de la chimie puisqu’elles ont permis de comprendre les interactions entre espèces chimiques et de concevoir les notions de stœchiométrie et de masse moléculaire et atomique, la métrologie, science de la mesure, s’est développée depuis le siècle dernier, surtout dans le domaine des mesures physiques. Ce n’est que récemment, devant l’absence de comparabilité des résultats, divergents quelquefois sur un ou plusieurs ordres de grandeur comme en analyse de traces, que les analystes ou les utilisateurs des mesures chimiques ont éprouvé la nécessité de disposer d’un système métrologique rigoureux. Celui-ci devrait idéalement couvrir tous les secteurs socio-économiques où la mesure d’une grandeur chimique est nécessaire, de manière analogue à ce qui existe en physique. Il y a cependant des raisons qui expliquent le retard pris par les chimistes. En effet, en physique, même s’il existe une grande variété de grandeurs de nature différente, il est toujours possible, et souvent facile, de réaliser une comparaison directe entre la mesure de toutes les grandeurs physiques et un étalon approprié. En chimie, même si des mesurages peuvent porter sur des paramètres physiques (masse, température, intensité de courant…), la grandeur à mesurer est toujours en définitive une quantité de substance, même lorsque le paramètre étudié est de nature physicochimique (vitesse de réaction, constante d’équilibre…). 3 Mais d’une part, il y a un nombre considérable de substances différentes et, d’autre part, une même substance peut exister sous diverses formes. Elle peut être diversement liée à une matrice dans laquelle il est difficile de la distinguer. On conçoit donc les difficultés pour assurer une liaison de traçabilité dans tous les cas entre la substance et un étalon. La comparaison directe au kilogramme ou à la mole de substance demeure exceptionnelle, et la comparaison à des références intermédiaires, correspondant aux échantillons, ne peut être établie que par une méthodologie complexe faisant intervenir une succession d’étapes au cours desquelles il est difficile de maintenir la traçabilité. Ce sont ces difficultés, auxquelles se trouvent confrontés les chimistes analystes, qui ont considérablement freiné le développement d’un système de métrologie en chimie et continuent à poser des problèmes. Elles sont augmentées, dans de nombreux pays, par les aspects sectoriels qui régissent souvent les règles de l’analyse chimique. Science servante développée en grande partie pour la caractérisation et l’évaluation de la qualité de matériaux (manufacturés ou naturels), l’analyse en chimie s’est développée, a été réglementée, par secteurs socio-économiques : agro- alimentaire, environnement, médecine, secteurs industriels, justice, armée, etc. Ceci s’est souvent accompagné d’une multiplication des méthodes dites officielles, des étalons de référence, des systèmes de qualité (agréments ministériels, etc.) et des instituts en charge du développement ou de la mise en œuvre des analyses de contrôle. Même s’il existe un accord sur des principes de métrologie dérivés de la physique, force est de constater qu’ils ne sont pas rigoureusement applicables en chimie. Les efforts et les difficultés pour soumettre les mesures chimiques à ces principes sont à l’origine du retard rencontré dans l’élaboration d’un consensus sur une traçabilité acceptable pour l’ensemble des mesures en chimie. III. Définition de la métrologie Devant la mondialisation et la multiplicité des échanges qu'elle engendre, des organisations internationales sont réunies, depuis quelques décennies, pour définir des guides métrologiques. Ces guides doivent faciliter la validation, entre partenaires, des mesures des caractéristiques des produits échangés. Un de ces guides est le vocabulaire international de métrologie qui est la science de la mesure, Elle définit les principes et les méthodes permettant de garantir et maintenir la confiance envers les mesures résultant des processus de mesure. Il s'agit d'une science transversale qui s'applique dans tous les domaines où des mesures quantitatives sont effectuées. On peut distinguer, artificiellement, différents aspects de la métrologie pour faciliter sa compréhension : • la métrologie fondamentale, ou scientifique, qui vise à créer, développer et maintenir des étalons de référence reconnus ; • la métrologie industrielle, la plus fréquente, qui permet de garantir les mesures, par exemple d'un processus de fabrication, souvent dans le cadre d'un contrôle qualité lié à un système de management de la qualité ; • la métrologie légale, liée aux mesures sur lesquelles s'appliquent des exigences réglementaires. 4 IV. Historique de la métrologie en chimie Si le terme de métrologie a été traditionnellement employé dans le domaine des mesures de paramètres physiques (température, pression, dimensions, temps, etc.), il est de plus en plus souvent utilisé dans le secteur des mesures physico-chimiques (calculs de constantes d'équilibre, etc.), chimiques (identification/quantification d'éléments ou composés) ou biologiques (comptage d'organismes microbiens). En particulier, la chimie analytique intègre désormais le concept récent de « métrologie chimique » (Valcárcel et al., 1998) dont les principes ont été trop longtemps sous- estimés par les analystes. Ce concept a été récemment examiné par l'auteur à la lumière des analyses chimiques de l'environnement, en particulier celles qui sont fréquemment réalisées dans le contexte de programmes de surveillance nationaux ou internationaux. 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 dix dernières années. Les physiciens ne se sont en général préoccupés que de physique et ne se sont pas intéressés aux problèmes de métrologie en chimie. En parallèle, les analystes ont développé des méthodes de mesures depuis plus de 150 ans selon leurs propres concepts, terminologie et systèmes, selon des principes qui sont similaires ou équivalents à ceux utilisés en physique. Le fossé entre la théorie métrologique et la pratique en chimie analytique est en partie conceptuel et en partie terminologique. Les analystes ont traditionnellement défini leurs mesures en termes de méthodes utilisées. Les méthodes sont validées en fonction des caractéristiques de performance telles que la spécificité, les limites de détection et la robustesse. Cette démarche, lorsqu'elle est mise en œuvre de manière rigoureuse, s'approche des conditions requises par la métrologie. Le développement de la métrologie en chimie se base sur des guides élaborés dans le domaine de la physique depuis plusieurs dizaines d'années. En fait, les normes et les guides internationaux existants (exemple : guides ISO) ont été établis selon des principes généraux et ne font pas de différences marquées entre les mesures physiques, chimiques ou biologiques. Ces documents reflètent l'approche traditionnelle des physiciens métrologistes qui est souvent aux antipodes des besoins pratiques et de la réalité du travail routinier des laboratoires d'analyses chimiques. C'est cette constatation qui a conduit des groupes de chimistes issus d'organisations nationales ou internationales à travailler de concert avec des métrologues « physiciens », avec pour objectif d'établir les bases de la métrologie chimique (Valcárcel et al., 1998). Bien que ces approches soient souvent plus théoriques que pratiques, elles sont très utiles pour progresser dans la voie de l'établissement uploads/Ingenierie_Lourd/ dm-metleg-l-x27-application-de-la-metrologie-sur-le-genie-chimique-pdf.pdf