Pourquoi mesurer ?
Connaître, comprendre modéliser les phénomènes physiques, chimiques et biologiques, connaître la composition ou les propriétés d’un corps ou d’une substance.
Les résultats de mesure sont utilisés pour comprendre, connaître et surtout prendre des décisions : modification d’un traitement thérapeutique, déclaration de la conformité d’un produit par rapport à une réglementation, modification des réglages d’une fabrication, validation d’une hypothèse en recherche scientifique, appréciation d’un niveau de pollution…
D’autres grandeurs sociétales, l’opinion, les caractéristiques d’un groupe, d’un corps social etc… sont mesurées avec les mêmes buts de compréhension et de prise de décisions… Ces mesures ont, plus encore que pour les mesures physiques, besoin de donner confiance. Elles exigent une méthodologie adaptée (définition, type de références) qui peut s’inspirer de celle qui est mise en œuvre dans les mesures physiques.
Que mesure-t-on ?
Des grandeurs
Une grandeur est l’attribut d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, que l’on peut exprimer quantitativement sous forme d’un nombre et d’une unité. Ainsi la longueur d’une table pourra s’exprimer par L = 1,23 m, ou « 1,23 » est la valeur numérique et « m » est le symbole de l’unité de longueur. Une unité c’est une grandeur de référence, définie par convention, à laquelle on peut comparer toute autre grandeur de même nature pour exprimer le rapport des deux grandeurs sous forme d’un nombre.
Des propriétés, des indicateurs, des caractéristiques…
De nombreuses « mesures » ne s’expriment pas sous la forme d’un nombre et d’une unité. On les appelle Propriétés qualitatives ou attribut, ce sont des propriétés qui s’expriment par des mots, des codes alphanumériques, par exemple l’échelle de la douleur, les références d’un nuancier de couleur….
Comment mesurer ?
Le Système international d’unités (SI)
On a l’habitude de dire que mesurer c’est comparer une grandeur inconnue à une grandeur connue prise comme référence, donc dans tout processus de mesure on trouvera toujours un comparateur (l’instrument de mesure) et une référence, des étalons…Les références, les étalons doivent être reliés aux unités du Système International d’unités (SI) par une chaîne ininterrompue de comparaisons, c’est ce que l’on appelle la traçabilité métrologique.
Le SI est constitué des 7 unités et grandeurs de base (longueur, masse, temps, courant électrique, température, quantité de matière et intensité lumineuse) ; d’unités dérivées (vitesse en m/s, puissance en watts, énergie en joules.). Sa révision en vigueur depuis le 20 mai 2019 est fondée sur 7 constantes de la nature.
Les résultats de mesure
Un résultat de mesure représente l’ensemble des valeurs que l’on attribue à la grandeur mesurée ; il s’exprime sous la forme d’un nombre, d’une unité et d’une incertitude de mesure. Un résultat de mesure n’est jamais certain et l’incertitude de mesure quantifie le doute que l’on a sur le résultat. Les résultats de mesure sont utilisés pour comprendre les phénomènes et prendre des décisions : en fonction de la température extérieure on choisira un vêtement adapté, en fonction du résultat de vos analyses le médecin modifiera votre traitement
Peut-on avoir confiance dans les résultats de mesure ?
Le respect des grands « piliers » de la métrologie (traçabilité métrologique et évaluation raisonnable des incertitudes) permet d’apporter la confiance dans les résultats de mesure.
Pour aller plus loin :
Le SI et la métrologie en France – Des unités de mesure aux références, LNE et edpsciences
Le Système International d’unités SI
Les unités de base du SI
Le SI et la métrologie en France – Des unités de mesure aux références, LNE et edpsciences
| GRANDEUR | UNITÉ | SYMBOLE |
|---|---|---|
| temps | seconde | s |
| longueur | mètre | m |
| masse | kilogramme | kg |
| intensité de courant électrique | ampère | A |
| température | kelvin | K |
| quantité de matière | mole | mol |
| intensité lumineuse | candela | cd |
Les unités dérivées
Les unités dérivées sont formées à partir des unités de base du SI. Par exemple, l’unité de vitesse est le m/s, l’unité de force, le newton, s’exprime en fonction des unités de base m kg s-2.
Depuis le 20 mai 2019, toutes les unités sont dématérialisées et ne dépendent plus que de constantes fondamentales ou de valeurs définissant l’unité.
www.bipm.org/fr/measurement-units/
| UNITÉ | CONSTANCE |
|---|---|
| seconde | fréquence de la transition hyperfine du césium Cs; |
| mètre | vitesse de la lumière |
| kilogramme | constante de Planck |
| ampère | charge élémentaire |
| kelvin | constante de Boltzmann |
| mole | constante d'Avogadro, NA |
Quelques préfixes du SI
| FACTEUR | NOM | SYMBOLE |
|---|---|---|
| 10 puissance 12 | téra | T |
| 10 puissance 9 | mètre | m |
| masse | kilogramme | kg |
| intensité de courant électrique | ampère | A |
| température | kelvin | K |
| quantité de matière | mole | mol |
| intensité lumineuse | candela | cd |
Quelques unités en dehors du SI
| GRANDEUR | UNITÉ | SYMBOLE |
|---|---|---|
| temps | minute | mn |
| temps | heure | h |
| temps | jour | d |
| volume | litre | L ou l |
| masse | tonne | t |
Terminologie
Grandeur
Attribut d’un phénomène, d’un corps ou d’une substance, que l’on peut exprimer quantitativement sous forme d’un nombre et d’une unité.
Unité
Grandeur de référence, définie par convention et utilisée pour mesurer une grandeur qui s’exprime en fonction d’une ou plusieurs unités de base du SI.
Mesurer
Mesurer, c’est comparer : c’est attribuer expérimentalement une valeur à une grandeur par comparaison à une valeur de référence de cette même grandeur.
Résultat de mesure
Représente l’ensemble des valeurs que l’on attribue à la grandeur mesurée ; il s’exprime sous la forme d’un nombre, d’une unité et d’une incertitude de mesure.
Incertitude de mesure
Caractérise la dispersion des valeurs attribuées à la grandeur mesurée ; elle est constituée de nombreuses composantes, évaluées à partir d’informations sur le processus de mesure : méthode, moyens, conditions d’environnement.
Étalon
Réalisation pratique d’une grandeur pour une valeur particulière déterminée avec une incertitude de mesure et utilisée comme référence. Un étalon national est une référence reconnue par une autorité nationale pour servir de base dans le pays à l’attribution de valeurs à d’autres étalons de grandeur de même nature.
Étalonnage
Opération qui établit une relation entre une valeur de référence (étalon) et une indication de mesure, afin d’obtenir un résultat de mesure traçable à une référence reconnue.
Traçabilité métrologique
Existence d’un lien entre le résultat de mesure et une référence (étalon) reconnue par une autorité compétente. Cela nécessite l’existence d’un étalon en cours de validité qui s’inscrit dans une chaîne ininterrompue d’étalons successifs ayant tous des incertitudes déterminées, jusqu’à la définition de l’unité de mesure.
Métrologie
Science qui se rapporte à tous les aspects théoriques et pratiques des mesures, quel que soit leur domaine d’application.
Note : les définitions sont extraites du document LNE « Le SI prend des couleurs ».
Pour aller plus loin :
- Document Mesure Lab sur les règles d’écriture des grandeurs et unités www.mesurelab.net
- Vocabulaire international de métrologie – Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM) www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf