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Les mesures, fondamentales pour chaque activité humaine du commerce à la science, ont un sens et une signification seulement si tout le monde est convaincu que les résultats ne varieront pas avec un changement d'instrument, d'opérateur ou d’un autre paramètre du mesurage. Cette confiance est bien établie dans des domaines comme le commerce et la fabrication mécanique. Nous nous attendons tous à remplir nos réservoirs du même nombre des litres de carburant quelle que soit la pompe d'alimentation. Un fabricant s'attend à ce que les pièces réalisées dans différentes usines situées dans différents pays s’assemblent parfaitement parce que leurs dimensions sont aux tolérances demandées. Cette confiance n'est pas basée sur une quelconque invariabilité de bons instruments de mesure, mais sur deux éléments essentiels : les règlements et accords internationaux et l'assurance de la qualité dans le processus de mesure.
C'est devenu une pratique habituelle d’évaluer la qualité d'une mesure de façon quantitative à travers l'incertitude de mesure associée au résultat. La confiance en la valeur de la mesure et de son incertitude associée se base sur la traçabilité de la mesure. Etablir la traçabilité des mesures pour les besoins du commerce, de l'industrie et de la science est le but de la métrologie. En pratique, un réseau d'instituts de métrologie nationaux (NMI) maintient et délivre localement la traçabilité métrologique. L'équivalence internationale est coordonnée par le Bureau international des Poids et Mesures).
La définition de la traçabilité (ainsi que d'autres termes de la métrologie) peut être trouvée dans le Vocabulaire international pour la Métrologie (VIM ): "propriété d'un résultat de mesure selon laquelle ce résultat peut être relié à une référence par l'intermédiaire d'une chaîne ininterrompue et documentée d'étalonnages dont chacun contribue à l'incertitude de mesure".
Le premier pas pour obtenir la traçabilité (la figure 1) est la définition d’une référence, internationalement acceptée. Depuis 1875, année de la signature de la Convention de Mètre, les définitions d'unités et leurs réalisations pratiques sont approuvées par la Conférence générale des Poids et Mesures (CGPM). Tous les membres et associés à la Convention de Mètre (102 Etats et associés en 2019) acceptent alors de mettre en œuvre au niveau national ces références. Cette tâche est confiée aux instituts nationaux de métrologie. Ceux-ci maintiennent des étalons primaires ou bien en gardant un artefact (comme le kilogramme étalon) comparé régulièrement à un prototype international, ou en réalisant une mise-en-pratique, suivant une procédure convenue, qui produira une quantité bien connue (par exemple une seconde réalisée par l’intermédiaire de la fréquence de transition de l’atome de césium). Pour maintenir la confiance en l’équivalence internationale des étalons maintenus dans les pays, les instituts de métrologie les inter-comparent périodiquement et publient des déclarations d'équivalence quantitatives dans la base de données du BIPM
Le but du (des) maillon(s) suivant(s) de la chaîne est le transfert de la référence de sa réalisation primaire aux utilisateurs finaux à travers des opérations successives d’étalonnage.
Avant d’arriver à l'instrument final (une balance dans un magasin, un pied-à-coulisse dans une usine ou le capteur de température d'une station météorologique) plusieurs maillons peuvent intervenir. Le NMI étalonne une référence secondaire qui est transférée à un laboratoire local. Le laboratoire local la compare directement à l’instrument ou à son étalon interne de travail.
Le deuxième pas pour la traçabilité repris dans la définition du VIM, prévoit de documenter la chaîne ininterrompue de comparaisons. La confiance dans la mesure n' est possible que si la traçabilité peut être démontrée à tout moment. L'importance de la confiance dans les transactions commerciales et les utilisations industrielles de mesures a généré le besoin d'un deuxième type d'accord international: la reconnaissance mutuelle de capacités d’étalonnage. Cette reconnaissance est basée sur la mise en œuvre d'un système de la qualité dans les laboratoires d’étalonnage et la vérification indépendante de cette mise en œuvre à travers l'accréditation. L’accréditation selon la norme ISO 17 025 garantit non seulement que les méthodes d’étalonnage sont appropriées et bien exécutées, mais aussi que la traçabilité est documentée.
Donc, pour répondre à la seconde exigence de la définition de la traçabilité, l’utilisateur final doit faire étalonner ses instruments auprès d’un NMI ou d’un laboratoire accrédité, selon ses besoins d'exactitude.
La troisième exigence pour la traçabilité est la quantification des contributions à l'incertitude de mesure de chaque maillon de la chaîne. Au fur et à mesure que nous descendons dans la chaîne de traçabilité (figure 1) l'incertitude de mesure augmente. Chaque fois qu’une comparaison avec un étalon plus précis a lieu, un peu de la confiance dans la valeur de la quantité transférée se perd. Par exemple, si nous considérons un schéma de traçabilité pour un capteur de température comme dans la figure 2, pour mesurer de façon traçable la température avec une incertitude de 0,1 K, des points fixes doivent être réalisés avec une incertitude de 0,25 mK à 0,6 mK. Ce niveau d'incertitude est disponible seulement sur des gammes très limitées de température.
La définition du VIM, rappelle une chose importante: la traçabilité et l'incertitude se réfèrent à un résultat de mesure, pas à un instrument. Donc, l'utilisation d'un instrument étalonné, lié par une chaîne ininterrompue et documentée de comparaisons à une référence primaire, n'est pas suffisante pour assurer la traçabilité métrologique. Les utilisateurs de l'instrument étalonné doivent finalement démontrer leur capacité à utiliser l'instrument de façon à maintenir sur le long terme la confiance en ses indications étalonnées, c'est-à-dire l'existence de validation appropriée, de contrôles intermédiaires et de procédures de maintenance.
Enfin et surtout, c'est la responsabilité de l'utilisateur d'instruments d'estimer l'incertitude de mesure totale. Les facteurs qui affectent la valeur mesurée, comme des changements environnementaux par rapport aux conditions stables du laboratoire où l'instrument a été étalonné, la dérive dans le temps, l'influence de l’opérateur, etc., doivent être quantifiés (et documentés) pour chaque mesure. Les influences estimées s’ajouteront à la valeur issue du dernier maillon de la chaîne d’étalonnage.
Pour récapituler, une mesure a la traçabilité métrologique si :
- une chaîne intacte et documentée d’étalonnages relie l'instrument à une référence internationalement reconnue;
- chaque maillon de la chaîne comprend les évaluations d'incertitude;
- l'utilisateur final a des procédures pour assurer que l'instrument maintient son étalonnage au fil du temps avec les incertitudes associées;
- les facteurs d'influence affectant la mesure sont quantifiés et une incertitude de mesure totale est calculée, documentée et rapportée avec le résultat.
C’est uniquement à ces conditions qu’un résultat de mesure peut être comparé avec un autre résultat traçable mesuré en autre endroit ou à un autre moment.
