Mai 2003 - n°78
Visite au cœur des Laboratoires Nationaux de Métrologie
!
En mars dernier, notre premier article sur le Bureau National de Métrologie
vous était présenté dans la Gazette du Laboratoire. Vous
pouviez y découvrir son organisation, ses missions et ses axes de recherche
prioritaires.
C’est aujourd’hui au sein des Laboratoires Nationaux de Métrologie,
dont le secrétariat permanent du BNM coordonne les activités,
que nous vous invitons à nous suivre. Au cœur de leur mission
? La réalisation des étalons pour les unités de base
du Système International d’unités (SI) et pour la plupart
des unités dérivées.
Une mission qui repose sur un large programme d’études et de
recherche dans le domaine de la métrologie fondamentale et appliquée
:
- des recherches fondamentales dans le cadre de la mise en œuvre des
unités du SI,
- la réalisation de bancs d’étalonnage et d’instruments
de transfert,
- des travaux de maintien à niveau des références nationales
actuelles et d’amélioration des incertitudes de mesure.
Ces activités sont développées au sein des quatre LNM,
mais aussi en collaboration avec les huit laboratoires associés au
BNM et également en partenariat avec certains organismes extérieurs.
Ainsi chaque domaine métrologique est étudié, qu’il
s’agisse d’Electricité-Magnétisme, de Longueur et
Métrologie dimensionnelle, de Masse et grandeurs apparentées,
de Quantité de Matière, de Radiométrie-Photométrie,
de Rayonnements ionisants, de Température et grandeurs thermiques ou
encore de Temps-Fréquences… Intéressons nous plus précisément
à certains d’entre eux…
La quantité de matière
La chimie a pour grandeur de base, la mole. Mais, au vu du très grand
nombre de composés chimiques existants, il est impossible de développer,
pour chacun, une référence nationale.
Le Laboratoire national BNM-LNE (Laboratoire National d’Essais), en
charge des références liées au domaine de la chimie,
a donc choisi d’approfondir conjointement deux voies d’investigation
:
Æ le développement de méthodes primaires de mesure, comme
les analyses statiques ou dynamiques de mélanges de gaz, la spectrométrie
de masse avec dilution isotopique ou encore le titrage, afin d’assurer
le raccordement des mesures aux grandeurs de base du système SI,
Æ la préparation et la certification de matériaux de référence.
L’ensemble des activités couvertes par le BNM-LNE sont : l’analyse
de gaz, l’analyse électrochimique, l’analyse organique
et l’analyse inorganique. Elles concernent des domaines tels que la
surveillance de l’environnement (qualité de l’air et de
l’eau) ou la protection des consommateurs, et apportent leur aide aux
pouvoirs publics en fonction des besoins exprimés par l’Etat
et les autres collectivités.
La longueur
C’est au Laboratoire national BNM-INM (Institut National de Métrologie,
au Conservatoire National des Arts et Métiers) que revient la mission
de réaliser l’unité de longueur, le mètre. Ce dernier,
par définition depuis 1983, est directement lié à la
vitesse de la lumière.
Le BNM-INM réalise des sources de référence, dans les
domaines du visible et du proche infrarouge, stabilisées sur des raies
spectrales d’atomes ou de molécules pour la mise en pratique
du mètre. En collaboration avec le BNM-SYRTE (Systèmes de Référence
Temps Espace, à l’Observatoire de Paris), des sources lasers
stabilisées, dans le domaine optique, sont déterminées
avec une grande exactitude en fréquence.
Ajoutons que le BNM-INM conçoit et développe par ailleurs des
méthodes et des instruments nouveaux pour assurer la comparaison de
longueurs d’ondes, et améliorer la qualité du transfert
des références de longueur, en particulier dans le domaine de
la réfractométrie.
Précisons enfin que le raccordement des interféromètres
laser à comptage de franges et la réalisation des techniques
d’étalonnage pour les étalons matérialisés
de longueur sont assurés par le BNM-LNE. A l’actif de ce laboratoire,
également : le développement et la mise en place d’un
plateau de référence angulaire dans le domaine de la métrologie
des angles.
La masse et les grandeurs apparentées
Autre champ d’investigation du Laboratoire national BNM-INM : les recherches
fondamentales relatives à l’unité de masse, le kilogramme.
Le BNM-INM est chargé d’assurer la première étape
du transfert de cette unité vers la chaîne d’étalonnage.
Il a conçu, à ce titre, un comparateur de kilogrammes monoplateau
de haute exactitude et mène des recherches concernant la réalisation
de nouveaux étalons de masse pour améliorer le transfert. La
réalisation des multiples et sous-multiples du kilogramme ainsi que
leur transfert auprès des utilisateurs sont ensuite assurés
par le Laboratoire national BNM-LNE.
De nombreuses grandeurs apparentées à la masse sont couvertes
dans le périmètre du BNM : la pression, la force, le couple,
la visosité, la masse volumique, le volume, l’acoustique aérienne
et le débit gaz sont couverts au BNM-LNE. Le BNM-INM met en œuvre
la référence nationale pour l’étalonnage en pression
des microphones.
Plusieurs laboratoires associés au BNM, interviennent en parallèle
pour couvrir certaines grandeurs apparentées à la masse :
- le LADG (Laboratoire Associé de Débitmétrie Gazeuse),
pour la réalisation et le transfert vers l’industrie des références
nationales en débitmétrie gaz haute pression,
- le Laboratoire de débitmétrie liquide du CETIAT (Centre Technique
des Industries Aérauliques et Thermiques), pour la mise en place des
références nationales en débitmétrie liquide (eau)
et pour le transfert aux utilisateurs,
- le Laboratoire d’étalonnage en accélérométrie
du CEA-CESTA (Centre d’Etudes Scientifiques et Techniques d’Aquitaine),
qui met en œuvre et assure le transfert des références
nationales en accélérométrie,
- le Laboratoire de métrologie dynamique de l’ENSAM-Paris (Ecole
Nationale Supérieure d’Arts et Métiers), pour réaliser
le transfert des références nationales en pression dynamique.
La température et les grandeurs thermiques
La réalisation des références nationales de température
est elle aussi de la responsabilité du Laboratoire national BNM-INM.
Les références ne sont pas la matérialisation directe
de l’unité de température, le kelvin, mais la matérialisation
d’une échelle de température. Le BNM-INM est donc chargé
de la mise en place et la diffusion des échelles de température
en vigueur.
Une mission qui implique des travaux de métrologie fondamentale (température
thermodynamique) et de métrologie appliquée pour la réalisation
pratique des références en thermométrie et en pyrométrie
optique (points fixes de température et instruments spécifiques
pour le transfert).
Précisons d’autre part que le Laboratoire national BNM-LNE met
en place un ensemble de bancs, raccordés au BNM-INM, pour permettre
l’étalonnage de points fixes, de corps noirs, de thermomètres
et de pyromètres, et assurer le transfert des références
nationales vers les utilisateurs.
Concernant les propriétés thermophysiques des matériaux,
il effectue aussi des travaux d’étude dans le but de développer
ou d’améliorer les moyens de mesure de référence
et d’étalonnage pour différentes grandeurs : conductivité
thermique, diffusivité thermique, capacité thermique massique
et émissivité.
Ajoutons, enfin, que le Laboratoire d’hygrométrie du CETIAT,
laboratoire associé au BNM, a la charge de réaliser et de transférer
vers l’industrie les références nationales en hygrométrie.
Le temps et les fréquences
Le Laboratoire National BNM-SYRTE établit et diffuse les références
nationales de temps et de fréquences en accord avec les recommandations
internationales.
Saviez-vous que le temps légal français est établi par
des horloges fondées sur les propriétés du césium
qui définissent la seconde ? Cette grandeur de base est accessible
par l’horloge parlante et la réception de signaux radiofréquences.
Le BNM-SYRTE a développé plusieurs étalons de fréquences,
caractérisant la seconde et le hertz avec la meilleure incertitude
au monde : étalon à jet de césium et fontaines atomiques
! Il contribue au développement d’une horloge qui sera embarquée
sur la station internationale et développe une horloge optique.
En tant que laboratoire associé, l’Observatoire de Besançon
réalise le transfert vers les utilisateurs. Il effectue des comparaisons
de temps par satellites, des mesures de fréquences, de stabilité
et de dérive de fréquence. Le LPMO (Laboratoire de Physique
et Métrologie des Oscillateurs) assure, quant à lui, le transfert
de densité spectrale de fluctuations de phase et également des
mesures de fréquences.
Les rayonnements ionisants
C’est au Laboratoire National BNM-LNHB que revient la mission de réaliser
les références dans ce domaine. Il y a d’une part le becquerel
pour les mesures de radioactivité et d’autre part le gray pour
les mesures de dose qui sont, par exemple, utilisées dans le domaine
de la radiothérapie ou pour le traitement de produit par ionisation.
Les autres domaines couverts par ces grandeurs touchent aussi bien la recherche
que la surveillance de l’environnement, la médecine nucléaire
ou de nombreuses applications industrielles.
SD