La métrologie est la discipline scientifique 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.
Artificiellement, différents aspects de la métrologie sont distingués : la métrologie fondamentale qui vise à créer, développer et maintenir des étalons de référence reconnus ; la métrologie industrielle qui permet de garantir les mesures, par exemple d'un processus de fabrication ; la métrologie légale des mesures sur lesquelles s'appliquent des exigences réglementaires ; la métrologie quantitative concernant les mesures de masse, et la métrologie qualitative des contrôles qualité spécifiques basés sur des barèmes de la qualité, souvent dans le cadre d'un contrôle qualité lié à un système de management de la qualité.
Définition Des organisations internationalesOrganisations membres pour 2008 : Bureau international des poids et mesures (BIPM), CEI, IFCC, ILAC, ISO, UICPA, UIPPA et OIML. Ces organisations sont définies dans la section Organismes liés à la métrologie. se sont réunies, depuis quelques décennies, pour définir des guides métrologiques. Ces derniers doivent faciliter la validation, entre partenaires, des mesures des caractéristiques des produits échangés. Un de ces guides est le Vocabulaire international de métrologie (VIM) d'où est extraite la définition suivante : la métrologie est la .
Un mesurage est un processus qui permet d'obtenir une ou plusieurs valeurs que l'on peut raisonnablement attribuer à une grandeur ou mesurande. Par exemple : soit à mesurer la masse d'une personne avec un pèse-personne du commerce, une seule montée sur la balance donne ; ici, la grandeur à mesurer ou le mesurande est la masse de l'individu et le mesurage donne la valeur unique de . Si l'opération est reprise quatre fois, on aura finalement cinq valeurs (avec la première) qui pourraient être les suivantes : 75,6 ; 75,9 ; 76 ; 75,6 ; 75,4.
L'incertitude de mesure, succinctement, est la dispersion des valeurs pouvant être attribuées à une grandeur mesurée ou mesurande. Dans l'exemple précédent, en première approche, l'étendue de la dispersion est de (différence entre la valeur maximum et la valeur minimum de l'expérience), soit .
Le domaine d'application concerne toute entité susceptible d'effectuer des mesures quantitatives. On peut y trouver la biologie médicale, la chimie pure et appliquée, l'électronique, la physique pure et appliquée, et les organismes de métrologie eux-mêmes.
Vocabulaire métrologique Le Vocabulaire international de métrologie, concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM) comprend cinq grandes sections (suivant le BIPM) : Grandeurs et unités ; Mesurages ; Dispositifs de mesure ; Propriétés des dispositifs de mesure ; Étalons.
Unité de mesure
Toute mesure implique une comparaison entre une grandeur inconnue et une grandeur de référence, l'unité de mesure. Le système d'unités principalement utilisé dans le monde est le Système international d'unités (SI) mis en place en 1960.
Celui-ci définit sept unités de base considérées par convention comme indépendantes au niveau dimensionnel. À partir de ces unités de bases sont déclinées, d'une façon et d'une seule pour chacune d'elles, toutes les autres unités dites « unités dérivées ».
Principes fondamentaux Le principe d'étalonnage concerne le fait que les valeurs obtenues dans un mesurage sont le résultat de mesures effectuées dans un processus de mesure comportant un instrument de mesure ; cet appareil, susceptible de variabilité dans le temps, doit être étalonné avec un ou plusieurs étalons. Le principe d'incertitude implique une variabilité des valeurs obtenues dans un mesurage traduit ː c'est l'incertitude de mesure. Cette incertitude doit être exprimée comme une dispersion, suivant des règles complémentaires appliquées aux incertitudes. Les méthodes d'évaluation de l'incertitude de mesure font l'objet d'un fascicule métrologique international consensuel appelé Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure ou GUM..
Histoire abrégée vignette|left|Coudée de Maya (ca. ) et divers poids au second plan. vignette|Détermination d'un « pied étalon » dans une ville d'Allemagne à la fin du Moyen Âge ou au début de l'Époque moderne, d'après une xylographie parue à Francfort vers 1575 dans le livre de Jakob Kölbel.
Dès les premières civilisations, il a été nécessaire d'effectuer des mesures (poids, longueurs) pour les échanges entre tiers ou les impôts, par exemple. Pour éviter les contestations entre parties prenantes, des « mesures de référence », aujourd'hui appelées « étalons », sont très rapidement apparues. C'est le cas des poids mésopotamiens et égyptiens et de la coudée royale dite « de Maya » de l'Égypte ancienne.
vignette|Usage des nouvelles mesures (1800). Jusqu'au , les grandeurs sont souvent évaluées en comparaison avec des références humaines, comme le « pied » ou le « pouce » pour les longueurs (souvent les organes des rois et empereurs), ou encore le « journal » pour la surface (grandeur d'un champ correspondant à la quantité de travail que peut fournir une personne en une journée).
Chaque pays et province a disposé de ses propres unités de mesure ; ainsi, le dictionnaire de Godefroy cite plus de quatre-vingts mesures agraires employées au Moyen Âge. Le poids change même suivant la matière pesée : or et argent, soie ou autre marchandise… Ceci complique les échanges commerciaux et gêne la diffusion des connaissances.
Les scientifiques français, inspirés par l'esprit des Lumières et la Révolution française, conçoivent un système de référence basé sur des références naturelles ayant la même valeur pour tous, sans rapport à une personne particulière, donc universel (dans le sens d'« invariable, accessible à tous et reconnu par tous »). C'est ainsi que l'on prend la longueur du méridien terrestre comme référence de longueur pour bâtir le mètre.
De multiples textes de lois posent les assises de la métrologie. Les deux textes les plus importants sont la loi du 18 germinal an III (), qui met en place les unités du système métrique, et la convention du Mètre, signée à Paris le par dix-sept États, qui crée le Bureau international des poids et mesures (BIPM). La convention, modifiée en 1921, régit toujours aujourd'hui l'organisation fonctionnelle des institutions internationales de métrologie : BIPM, CGPM, CIPM.
Au , la métrologie évolue dans tous les domaines la concernant, notamment dans le changement de certaines définitions d'unités de base (longueur, temps…) ; elle favorise aussi les démarches normalisées pour étalonner les instruments de mesure.
Dans ces dernières décennies, elle propose enfin que la variabilité des valeurs mesurées soit considérée comme une dispersion et que cette incertitude métrologique soit traitée par des méthodes statistiques reconnues. Pour ce faire, elle favorise la diffusion des guides VIM et GUM (voir les sections Définition et Principes fondamentaux). Le rôle de tous les acteurs concernés est de mettre en application ces recommandations.
De façon anecdotique, la sonde spatiale martienne s'est écrasée sur la planète rouge car une équipe exprimait les longueurs en mètres alors que l'autre les exprimait en pieds (voir l'article consacré).
Organisation métrologique ; c'est ce qu'on appelle la traçabilité métrologique..
La fonction principale de la « métrologie scientifique et technique » est de forger les différents maillons de cette chaîne et d'en assurer le bon fonctionnement et la cohérence internationale et nationale ; en parallèle avec la métrologie scientifique, on trouve la « métrologie légale » qui s'appuie sur la métrologie scientifique pour développer sa mission spécifique dans un cadre réglementé de lois et décrets.
Métrologie scientifique et technique Au niveau international vignette|Sceau original du BIPM. Au niveau international, la « métrologie scientifique » est la partie de la métrologie qui est chargée de définir les unités de mesure, de les réaliser (étalons), de les comparer entre pays, de les conserver et de les disséminer dans les pays membresAu , le BIPM comprend membres et à la confédération générale.« Groupe de travail de l'Académie des sciences sur les unités de base et les constantes fondamentales » , décembre 2007.. C'est essentiellement le domaine du Bureau international des poids et mesures (BIPM). Le BIPM et les laboratoires nationaux de métrologie associés ont la charge du Système international d'unités (SI), clef de l'uniformité mondiale des mesures et l'une des bases indiscutables du monde industrialisé.
Pour assurer cette mission d'unification, le BIPM est chargé d'établir les étalons fondamentaux et de conserver les prototypes internationaux ; d'effectuer la comparaison des étalons nationaux avec les étalons internationaux ; d'organiser des comparaisons internationales au niveau des étalons nationaux ; d'assurer la coordination des techniques de mesures correspondantes ; d'effectuer et de coordonner les déterminations relatives aux constantes physiques fondamentales ; d'organiser des réunions scientifiques visant à identifier les évolutions futures du système mondial de mesure et d'informer, par le biais de publications et de réunions, la communauté scientifique, les décideurs et le grand public sur les questions liées à la métrologie et à ses avantages..
Les travaux scientifiques des laboratoires du BIPM se répartissent en fonction des unités SI : masse, temps et fréquences, longueurs, électricité, photométrie et radiométrie, rayonnements ionisants, température, quantité de matière
Le BIPM n'est soumis qu'à la surveillance du CIPM, lui-même placé sous l'autorité de la CGPMPour les travaux des laboratoires et l'organisation hiérarchique, voir : . .
En France En 1967, la première chaire de métrologie en France est créée au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) à Paris.
Au niveau national, la « métrologie scientifique » est pilotée, depuis , par le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE).
Le LNE est chargé de coordonner la métrologie française et de la représenter à l'étranger ; c'est aussi le laboratoire national de référence, pour l'industrie, en matière de métrologie.
À ce titre, sa mission est de : développer et maintenir des étalons nationaux de référence, reconnus à l'international ; permettre à l'industrie (entreprises et laboratoires) de raccorder ses instruments de mesure au SI (exigence qualité des normes ), grâce au système des chaînes nationales d'étalonnage pour les six domaines suivants : électricité-magnétisme, longueurs, masses et grandeurs apparentées (force, pression, viscosité, accélération…), quantité de matière - métrologie chimique, radiométrie-photométrie et températures ; proposer ses services d'étalonnage dans le domaine de la santé, l'alimentation et la maîtrise de notre environnement ; délivrer les certificats d'examen des instruments de mesure mis sur le marché et réglementés par le décret français du , désigné par le ministère chargé de l'Industrie (il est également notifié pour la « Instrument de pesage à fonction non automatique ») ; piloter et coordonner les travaux de recherche de l'ensemble des organismes de métrologie français (pour cela, il fédère un réseau de quatre laboratoires nationaux dont lui-même fait partie) et participer aux travaux internationaux de comparaison clés (« Key comparison ») entre instituts nationaux de métrologie, et participer aussi à l'amélioration des unités du Système international (SI)..
Au niveau des entreprises La métrologie est intégrée dans la fonction qualité de l'entreprise.