3.1 Réaliser un étalonnage : méthode, points de mesure et conditions

Un étalonnage commence par un travail de bureau. On identifie l'instrument sans ambiguïté : numéro d'identification interne, numéro de série, type, étendue de mesure, résolution ou valeur d'échelon. On retrouve sa fiche de vie et son dernier certificat, pour savoir comment il se comportait au dernier passage. On sélectionne enfin la procédure d'étalonnage applicable, qui fixe la méthode, les points, le nombre de répétitions et les critères de l'environnement.

Vient ensuite l'examen préalable. Il porte sur ce qui rendrait les relevés inutiles ou trompeurs : chocs, déformations, bavures sur les becs d'un pied à coulisse, touches usées d'un micromètre, aiguille faussée ou voyant de pile faible, raccord abîmé d'un manomètre, afficheur qui saute. On nettoie les surfaces de contact. On manœuvre l'instrument sur toute sa course pour détecter un point dur, un jeu ou une remise à zéro instable.

Pourquoi insister sur « sans corriger d'abord » ? Parce que l'état dans lequel l'instrument arrive dit si les mesures faites depuis le dernier étalonnage étaient valables. Nettoyer une touche encrassée ou redresser un bec avant tout relevé efface cette preuve. L'ISO 9001:2015 (§ 7.1.5.2) demande justement de déterminer si la validité des résultats antérieurs a été compromise quand un équipement est trouvé inapte : sans relevé initial, la question reste sans réponse.

La définition de l'étalonnage commence par « dans des conditions spécifiées ». Ces conditions sont d'abord thermiques. En dimensionnel, la température de référence des spécifications géométriques est de 20 °C (ISO 1:2022). Un instrument sorti d'un atelier plus chaud, ou tenu longtemps à la main, n'est pas à la même température que la cale étalon posée sur le marbre : leurs dilatations diffèrent et l'écart mesuré mélange l'erreur de l'instrument et un effet thermique.

La stabilisation consiste donc à laisser l'instrument et les étalons ensemble, dans le local où se fera l'étalonnage, assez longtemps pour qu'ils atteignent la même température. La durée n'est pas universelle : elle dépend de la masse de l'instrument, de l'écart de température initial et de la procédure du service. Elle s'écrit dans la procédure, pour qu'elle ne dépende pas de la patience du jour. On évite ensuite de manipuler longuement l'instrument à mains nues ; les gants ou les isolants ne sont pas un luxe sur les pièces longues.

Ces conditions ne sont pas un détail administratif : un laboratoire qui émet un certificat d'étalonnage y fait figurer les conditions, par exemple d'environnement, qui ont une influence sur les résultats (ISO/IEC 17025:2017, § 7.8.4.1). La conception d'un local adapté est développée dans l'article sur la salle de métrologie et ses conditions environnementales.

L'étalon est la référence de l'opération. Il doit remplir deux conditions. D'abord, il est lui-même raccordé : il possède un certificat d'étalonnage en cours de validité selon les règles du service, qui le relie par une chaîne documentée aux unités du SI. Un étalon dont le certificat est périmé, ou dont on ne retrouve pas la trace, rompt la chaîne pour tous les instruments étalonnés avec lui.

Ensuite, il est nettement plus exact que l'instrument à étalonner. Son incertitude entre dans l'incertitude de l'étalonnage : si elle est du même ordre que l'erreur tolérée pour l'instrument, le résultat ne permet plus de conclure. Beaucoup de services se fixent un rapport entre l'incertitude de l'étalon et celle attendue de l'instrument, un rapport de 4 étant un repère souvent rencontré. C'est une pratique de métier : aucune norme générale n'impose un rapport unique, et c'est l'incertitude finale, calculée, qui tranche.

Pour les cales étalons, la classe (K, 0, 1 ou 2 selon l'ISO 3650) indique leur niveau d'exactitude : les classes K et 0 sont en général réservées aux références de laboratoire, les classes 1 et 2 aux usages de contrôle et d'atelier. On utilise, dans le calcul, l'écart ou l'incertitude donnés par le certificat de la cale, et non sa seule valeur nominale, dès que ce terme n'est pas négligeable.

Un étalonnage n'est valable qu'aux points où il a été fait, et on interpole entre eux. Les points doivent donc couvrir toute l'étendue réellement utilisée, du bas au haut, avec une répartition qui permet de voir la forme de l'erreur : linéaire, croissante, en dents de scie. Cinq points répartis régulièrement sont un minimum courant pour un instrument simple ; la procédure peut en demander davantage.

On ajoute des points là où l'instrument est réellement utilisé. Un manomètre 0-10 bar qui surveille un circuit à 6 bar mérite un point à 6 bar ; un pied à coulisse qui sert surtout entre 20 et 40 mm mérite des points dans cette plage. À l'inverse, si l'instrument n'est employé que sur une partie de son étendue, on peut limiter l'étalonnage à cette partie, à condition de le signaler clairement sur l'étiquette et la fiche de vie.

Montée, descente et hystérésis

Certains instruments ne donnent pas la même indication selon qu'on arrive au point par valeurs croissantes ou décroissantes : frottements, élasticité d'un tube de Bourdon, jeu mécanique. Cette différence est l'hystérésis. On la met en évidence par un cycle montant (0 → pleine échelle) suivi d'un cycle descendant (pleine échelle → 0), en approchant chaque point dans un seul sens, sans le dépasser puis revenir.

Le nombre de répétitions se décide aussi dans la procédure. Répéter les relevés à un même point permet d'estimer la répétabilité de l'instrument, qui entre ensuite dans le calcul d'incertitude par une évaluation de type A. Sur un pied à coulisse, on répète en reposant l'instrument ; sur un manomètre, on refait des cycles complets.

Pour les instruments dimensionnels, les points ont aussi une logique propre : sur un micromètre, choisir des longueurs qui explorent différentes positions angulaires du tambour, pas seulement des tours entiers ; sur un pied à coulisse, contrôler aussi le parallélisme des becs et la mesure en bout de bec. Le fonctionnement de ces instruments est détaillé au chapitre 2.1.

Le relevé « tel que trouvé » (as found) est fait sur l'instrument dans l'état où il arrive. S'il révèle un écart que l'utilisateur ne veut pas conserver, on procède à un ajustage (VIM 3.11) : remise à zéro, réglage de l'échelle. On refait alors un relevé complet « tel que laissé » (as left). Un certificat d'étalonnage donne les résultats avant et après ajustage ou réparation, s'ils sont disponibles (ISO/IEC 17025:2017, § 7.8.4.1).

Le constat « hors tolérance tel que trouvé » a une conséquence qui dépasse le laboratoire : les mesures faites avec ce manomètre depuis le dernier étalonnage sont peut-être fausses. L'analyse d'impact qui en découle fait l'objet du chapitre 5.3. On ajuste ensuite le zéro et l'échelle, puis on refait les deux cycles.

On garde les deux tableaux. Le premier sert à l'analyse d'impact et à l'historique de dérive, qui aide à ajuster la périodicité (chapitre 5.2). Le second décrit l'instrument tel qu'il repart en service. Un ajustage non suivi d'un nouveau relevé n'est pas un étalonnage : on ignore ce que vaut l'instrument après réglage.

Un étalonnage produit, à chaque point, une erreur (indication − valeur de référence) et une incertitude associée. Sans l'incertitude, on ne sait pas si une erreur de +0,03 bar est réelle ou noyée dans le bruit de la méthode. Le bilan recense les composantes, les évalue, les combine par la racine de la somme des carrés (composantes non corrélées, coefficients de sensibilité égaux à 1), puis élargit le résultat avec un facteur k, en général k = 2.

Ce bilan reste volontairement court. Une vraie procédure ajoute les composantes pertinentes : effet de la température sur l'étalon, dérive de l'étalon depuis son dernier certificat, différence de hauteur entre les prises de pression, etc. La méthode générale (types A et B, lois de probabilité, composition, facteur k) est détaillée dans l'article sur le calcul d'incertitude selon le GUM, et appliquée pas à pas au chapitre 4.2.

Une fois l'erreur et U connues, on peut comparer au besoin de l'utilisateur. Dans l'exemple, l'erreur maximale tel que laissé de +0,06 bar, augmentée de U = 0,02 bar, donne 0,08 bar, inférieur à l'EMT de 0,10 bar : l'instrument peut être déclaré apte avec une règle qui tient compte de l'incertitude. Cette lecture fait l'objet du chapitre suivant ; l'étalonnage, lui, s'arrête à la production des valeurs.

Rien n'interdit à une entreprise d'étalonner elle-même ses instruments. L'ISO 9001:2015 (§ 7.1.5.2) demande, quand la traçabilité est exigée ou jugée essentielle, un étalonnage ou une vérification par rapport à des étalons traçables à des étalons internationaux ou nationaux ; elle n'impose pas que l'opération soit faite par un tiers. La question est donc de savoir si le service en a les moyens, et de pouvoir le démontrer en audit.

Le schéma le plus répandu combine les deux : les étalons de référence partent en laboratoire accrédité, les instruments courants sont étalonnés ou vérifiés en interne contre ces étalons. Les métiers qui tiennent ces fonctions sont décrits dans la fiche métier technicien en métrologie.