L'instrumentation, c'est l'ensemble des capteurs, transmetteurs et organes qui permettent de connaître l'état d'un procédé et d'agir dessus. Sans mesure fiable, il n'y a ni conduite, ni régulation, ni alarme, ni sécurité : on pilote à l'aveugle. C'est pourquoi la qualité de la mesure conditionne tout le reste de la chaîne.

Sur une installation industrielle, on mesure principalement quatre grandeurs de procédé : la pression, la température, le niveau et le débit. À côté de ces grandeurs « majeures » viennent des mesures d'analyse (pH, conductivité, teneur en gaz, humidité), mais la logique reste la même : un phénomène physique est capté, puis converti en un signal transmissible.

Le superviseur E&I n'a pas besoin de re-concevoir chaque capteur, mais il doit comprendre le principe de mesure pour juger de la pertinence d'une installation, interpréter une dérive et dialoguer avec les intervenants. Une mesure fausse mal comprise, c'est une régulation qui s'emballe ou une sécurité qui ne se déclenche pas.

La pression se mesure historiquement avec un manomètre (indication locale), et de plus en plus avec un transmetteur de pression qui délivre un signal électrique. Le cœur de mesure repose souvent sur une cellule piézorésistive ou capacitive : la déformation d'une membrane sous l'effet de la pression est convertie en variation électrique, puis linéarisée.

On distingue trois références de mesure, qu'il ne faut jamais confondre :

• Pression absolue : mesurée par rapport au vide absolu (référence zéro = vide parfait).
• Pression relative (ou effective) : mesurée par rapport à la pression atmosphérique ambiante — la plus courante en exploitation.
• Pression différentielle : écart entre deux points de mesure. Elle sert notamment à mesurer un débit sur organe déprimogène, un niveau par colonne hydrostatique ou l'encrassement d'un filtre.

Le choix de la référence dépend de l'application. Confondre pression absolue et relative, c'est introduire un décalage systématique équivalent à la pression atmosphérique — une erreur classique lors d'un remplacement de transmetteur.

Deux grandes familles de capteurs se partagent la mesure de température industrielle : les thermocouples et les sondes à résistance (RTD), dont la Pt100 est la représentante la plus répandue.

Le thermocouple exploite l'effet thermoélectrique : la jonction de deux métaux différents produit une tension qui dépend de la température. Il couvre de très larges plages, y compris les hautes températures, résiste bien aux environnements sévères et répond vite. En contrepartie, sa précision est généralement moindre et il nécessite une compensation de soudure froide et un câblage adapté (câbles d'extension spécifiques au type).

La sonde RTD / Pt100 exploite la variation de résistance électrique d'un fil de platine avec la température (100 Ω à 0 °C pour la Pt100). Elle offre une bonne précision et une bonne stabilité sur des plages plus modérées, ce qui la rend privilégiée pour les mesures fines. Le montage en 3 ou 4 fils permet de compenser la résistance des câbles.

Le capteur est généralement inséré dans un doigt de gant (thermowell) qui l'isole du fluide de procédé : on peut ainsi remplacer l'élément sans ouvrir la tuyauterie, ce qui est un avantage majeur en exploitation.

La mesure de niveau dans une cuve, un bac ou un réservoir se décline en plusieurs technologies, chacune adaptée à un contexte de fluide et de process :

• Hydrostatique : on mesure la pression exercée par la colonne de liquide, qui est proportionnelle à la hauteur (et dépend de la densité). Simple et éprouvée, elle suppose une densité connue et stable.
• Radar : une onde électromagnétique est envoyée vers la surface et le temps de retour donne la distance. Technologie sans contact, peu sensible aux vapeurs et aux variations de densité.
• Ultrasons : principe similaire au radar mais avec une onde acoustique ; sans contact, sensible en revanche aux vapeurs, aux mousses et à la température de l'air.
• Capacitif : la présence de produit modifie la capacité électrique entre une sonde et la paroi ; adapté à certains liquides et solides, sensible aux dépôts.
• Flotteur : un flotteur suit la surface et actionne un contact ou une mesure de position ; robuste et souvent utilisé en détection de seuil.

Le choix se fait selon le fluide (mousse, vapeur, dépôts, densité variable), la précision recherchée et le rôle de la mesure (conduite ou détection de seuil de sécurité). Sur une même cuve, on trouve souvent une mesure continue pour la régulation et un détecteur indépendant pour le seuil de sécurité haute.

Le débit est l'une des grandeurs les plus régulées d'un procédé. Plusieurs principes de mesure coexistent :

• Organe déprimogène / diaphragme : un rétrécissement crée une perte de charge (pression différentielle) reliée au débit. Technologie très répandue, économique, mais qui génère une perte de charge permanente et suppose des conditions d'installation strictes.
• Électromagnétique : applicable aux liquides conducteurs, il mesure la tension induite par le passage du fluide dans un champ magnétique. Sans pièce mobile, sans perte de charge, précis.
• Coriolis : mesure directement le débit massique (et souvent la densité) par l'effet du fluide sur des tubes vibrants. Très précis, mais plus coûteux et sensible à l'installation.
• Vortex : compte les tourbillons générés par un obstacle profilé, dont la fréquence dépend de la vitesse du fluide.
• Ultrasons : mesure la différence de temps de propagation d'ondes acoustiques dans le sens et à contre-sens de l'écoulement.

La plupart des débitmètres exigent des longueurs droites de tuyauterie en amont et en aval pour que le profil d'écoulement soit stable : un coude ou une vanne trop proche fausse la mesure. C'est un point de vigilance central lors d'une installation.

Le transmetteur est l'élément qui transforme le signal brut du capteur en un signal normalisé et transmissible vers le système de contrôle-commande (le plus souvent un signal 4-20 mA, éventuellement enrichi HART ou sur bus de terrain — détaillé au chapitre suivant).

Deux notions sont essentielles côté configuration : la plage de mesure (l'étendue physique que le capteur peut couvrir) et l'échelle ou le calibrage effectif (les bornes 0 % et 100 % réellement paramétrées). Régler l'échelle au plus près de la plage d'exploitation améliore la finesse de lecture. Chaque instrument porte enfin un tag (repère fonctionnel, ex. « PT-101 » pour un transmetteur de pression) qui l'identifie sur les plans, dans le système et sur le terrain.

Trois qualités de mesure guident l'appréciation d'un instrument, sans les confondre :

Un instrument peut être très répétable mais faux (biais constant), ou juste en moyenne mais dispersé. La vérification et l'étalonnage périodique servent précisément à maintenir ces qualités dans le temps.