Je suscite souvent la perplexité lorsque j’annonce ma qualité de technicien en Mesures Physiques. En réalité, même chez ceux qui en ont déjà entendu parler, rares sont ceux qui savent en quoi cela consiste.
#Acquérir des données
L’objectif de toute mesure est d’acquérir une donnée quantitative - chiffrée - sur un paramètre. La mesure physique intervient dès lors qu’on a besoin d’estimer :
- En physique de base : longueur, surface, volume, écart angulaire, masse,
- En mécanique du solide : force, pression, accélération, vitesse, position, couple,
- En résistance des matériaux : compression, extension, torsion,
- En mécanique des fluides : pression statique, pression dynamique, débit,
- En thermodynamique : température,
- En physique nucléaire : désintégrations radioactives,
- En électromagnétique : champ électrique, champ magnétique,
- En optique : longueur d’onde, intensité lumineuse, flux lumineux,
- En acoustique : intensité sonore, fréquence,
- Électricité/électronique : potentiel électrique, conductivité, résistivité, intensité,
- En chimie : composition chimique (nature et concentration d’éléments), humidité.
#Pourquoi faire une mesure ?
#Contrôle qualité
Ici la mesure physique intervient pour vérifier les propriétés d’un produit fini, en sortie d’usine :
- dimensions (longueur, hauteur, largeur),
- non toxicité (contrôle chimique des peintures, des émissions gazeuses,…),
- résistance mécanique et chimique (surtout dans le domaine automobile).
#Fabrication industrielle
Sur des lignes de montage industrielles automatisées, il est nécessaire de vérifier que la fabrication de déroule normalement et d’intervenir rapidement en cas de problème. On surveille en particulier :
- la température de mise en forme des matières travaillées à chaud (aciers, aluminium, polymères),
- les bourrages éventuels (accumulation des matériaux susceptibles de bloquer et d’endommager la chaîne),
- les niveaux de liquides (lubrifiants, circuits de refroidissement, …),
- les débits dans les conduites,
- les propriétés des produit en cours de fabrication (volume, masse, …).
#Métrologie légale
Tous les appareils de mesure commerciaux (balances, notamment) doivent être vérifiés tous les 2 ans par un professionnel. Il en va de même pour les radars et les éthylomètres utilisés par les forces de l’ordre, avec des délais variables.
#Aide à la décision
Il est souvent nécessaire pour les autorités de disposer d’informations chiffrées avant de prendre une décision, et notamment de connaître :
- le niveau de pollution (présence de gaz à effet de serre, concentrations de métaux lourds,…),
- la déformation de structures (fissures et fragilités dans des bâtiments, mouvements de sols,…),
- l’activité sismique.
#Automatisation
Automatiser, c’est donner à une machine la possibilité de réagir seule, selon un protocole défini, à une modification ou à un stimulus dans son environnement. Pour ce faire, il faut tout d’abord surveiller l’environnement.
Par exemple, votre régulateur de vitesse accélère dans les montées et décélère dans les descentes, de façon à ce que votre véhicule conserve la vitesse demandée quelle que soit la typologie de la route. Ceci est rendu possible par un capteur, couplé à un programme, qui agit sur l’accélérateur.
#Comment se déroule la mesure physique ?
Une mesure, c’est d’abord un capteur. Réaliser une mesure, c’est établir une chaîne de mesure comprenant :
- une sonde ou un corps d’épreuve, sensible à la grandeur qu’on cherche à acquérir,
- un système de conditionnement, qui va générer un signal électrique à partir de la sonde ou du corps d’épreuve,
- un système de traitement, presque toujours informatique, qui va permettre d’exploiter les données générées par le conditionnement.
Le jeu, c’est de trouver le bon capteur, utilisant le bon principe physique pour effectuer sa mesure, et s’intégrant au mieux dans un environnement souvent perturbé (par des émissions électromagnétiques, notamment).
#Donner du sens à la mesure
On a tous mesuré la longueur d’un segment sur un cahier d’école, et on s’est tous rendu compte que le voisin de droite trouvait 1 mm de plus, quand celui de gauche trouvait 1 mm de moins.
Une mesure est toujours une approximation. De fait, un résultat de mesure doit être accompagné de son incertitude (sa tolérance), de façon à pourvoir interpréter sa fiabilité et donner du sens à la mesure. Cette estimation est réalisée de façon mathématique, grâce aux statistiques et aux lois de probabilités. Le technicien en Mesures Physiques, outre sa capacité à réaliser une mesure, doit également être capable de fournir (et de réduire) l’incertitude liée à sa mesure.
#Les difficultés de la mesure physique
La mesure physique se trouve donc à la croisée de l’ensemble des disciplines physiques, et combine l’ensemble des principes physiques pour parvenir ses fins : acquérir une donnée chiffrée sur une grandeur. Son enjeu est de réussir à mesurer des grandeurs difficiles d’accès en exploitant les liens qui existent entre différentes grandeurs, et en essayant de minimiser les perturbations du milieu.
#Un exemple concrêt
Par exemple, comment mesurer une pression ? On sait par la physique qu’une pression est une action mécanique d’un corps (solide ou fluide) sur un autre, qui va avoir tendance à le « pousser », en s’exerçant sur toute sa surface. Un capteur de pression va donc avoir une membrane déformable, qui va être soumise à cette action mécanique. Cette membrane devra avoir une déformation connue pour une pression connue : on doit l’étalonner. L’étalonnage est l’étape la plus importante dans la fabrication d’un capteur, car c’est elle qui fixe la qualité (la « précision ») de ce capteur.
Ensuite, il faut extraire un signal électrique de cette déformation : c’est la seule chose qu’un ordinateur comprenne. On colle donc des jauges de déformation sur la membrane, dont la résistance électrique va varier en fonction de leur allongement (si la jauge s’allonge c’est que la membrane se déforme).
Bilan : pour mesurer une pression, on mesure la résistance électrique d’une jauge, qui est l’image de la déformation d’une membrane, elle-même l’image de la pression qu’elle subit. Vous saisissez le subterfuge ?
Non seulement, c’est une mesure de nature électrique qui fournit un renseignement sur un phénomène mécanique (on mixe les principes physiques), mais en plus, il faut passer par 2 intermédiaires pour parvenir à nos fins. Voilà le quotidien d’un technicien MP.
#Conclusion
Pour conclure, la mesure physique, c’est souvent un challenge, et cela permet de varier les plaisirs en combinant les disciplines : mécanique, électronique, optique, traitement du signal… En touchant à tout, on ne s’ennuie jamais.
Et, vous l’aurez compris, j’adore ça !