Dans la littérature, la métrologie est décrite comme une science de la mesure, mais elle est aussi une science de l’aléatoire, où s’établit une interconnexion entre probabilités et statistiques à partir de répétitions de mesures réalisées théoriquement ou expérimentalement. C’est en effet cette notion d’aléatoire qui va déterminer la qualité (dite exactitude) de ces mesures réalisées avec précision et ainsi fournir un taux de confiance sur la mesure finale délivrée. Peu importe le taux de confiance établi, aucune mesure n’est exacte. Ce terme est une entité importante pour la métrologie, elle est caractérisée par l’incertitude de mesure. Chaque résultat final de mesure doit délivrer systématiquement une incertitude.

Pourquoi cette incertitude est elle importante à l’échelle du nanomètre et plus particulièrement en nanométrologie ? Des mesures quantitatives sont effectuées chaque jour à travers divers industries ou laboratoires dans un large domaine qui peut concerner : la santé, la défense, l’énergie, le bâtiment, l’instrumentation, le transport, le bien des consommateurs, la recherche, etc. La qualité de ces mesures à l’échelle du nanomètre est précises de grandes qualités ou de faibles qualités. En effet, la qualité et le coût sont directement influencés par la maîtrise de l’incertitude de ces mesures à l’échelle du nanomètre. Cette incertitude est la clé pour les industriels du monde entier afin qu’ils se concentrent sur l’importance de la qualité des mesures désirées et sur les conséquences induites par l’incertitude de mesure associée. Ainsi, l’importance de ce degré d’incertitude va définir la qualité des produits commercialisés, la qualité des résultats des expériences, le diagnostic sanitaire, etc. Ils peuvent tous être directement touchés par les erreurs introduites par l’omission de l’incertitude de mesure. Sans prise de conscience de l’impact de l’incertitude de mesure, plus grande est la probabilité des taux d’erreur, voire même d’échec. Par conséquence, en nanométrologie, chaque mesure fournie est complète lorsqu’elle est associée à un degré d’incertitude.

La nanométrologie est donc une science à l’échelle du nanomètre qui permet de mesurer quantitativement l’exactitude des mesures à travers une incertitude. Pour arriver à cette fin, la traçabilité de l’incertitude de mesure doit être évaluée et caractérisée, du début (unité du mètre) à la fin (mesures réalisées), le plus efficacement possible afin d’évaluer la qualité des résultats. Cette notion de traçabilité est assurée par notre instrument de référence qui est le Microscope à Force Atomique métrologique (mAFM) du LNE. Ce mAFM est dédié à la mesure traçable des structures à l’échelle nanométrique et à l’étalonnage des étalons de transfert destinés aux utilisateurs de microscopes à champ proche (SPM) et de microscopes électroniques à balayage (MEB). Ce processus est illustré par la pyramide de traçabilité définie dans la figure 1.

Figure 1 - Chaîne de traçabilité à partir de la définition du mètre SI jusqu’aux mesures effectuées en industrie. Les mesures faites au LNE permettent de mettre en place un étalon de transfert pour permettre dans un premier temps l’inter-comparaison entre différents laboratoires accrédités en métrologie afin d’estimer la crédibilité des mesures faites par les instruments de référence. Puis dans un second temps, il met en place un étalon de transfert permettant d’étalonner les microscopes industriels afin que les utilisateurs puissent avoir une mesure traçable sur leurs propres échantillons.

Il s’agit de la représentation graphique la plus couramment utilisée pour démontrer la traçabilité des mesures, c’est à dire la hiérarchie entre la première mesure de base qui est la réalisation de l’unité du Système International du mètre, jusqu’aux mesures effectuées dans l’environnement industriel ou académique. La traçabilité métrologique est une chaîne d’étalonnages, liée à une cascade de résultats de mesures où chaque étape des mesures est continue et documentée au mieux pour suivre son incertitude de mesure [1].

le travail du métrologue consiste donc à parcourir la chaîne de traçabilité et d’évaluer l’ensemble des sources d’erreurs (appelées aussi composantes, paramètres ou grandeurs d’entrée) liées au processus de mesure où chaque source est elle-même liée à une incertitude de mesure. La combinaison de toutes ces sources liées à leur incertitude de mesure amène à un bilan d’incertitude qui définira la qualité de l’instrument de référence et de l’étalon de transfert. Chacune de ces sources d’erreurs doit elle-même être traçable de manière métrologique à travers une hiérarchie d’étalonnage afin d’obtenir un bilan d’incertitude le plus exhaustif et le mieux caractérisé possible.

[1] : 200 :2012 J 2012 International vocabulary of metrology – basic and general concepts and associated terms (vim)