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**Dossiers spéciaux

Diagnostic de l'insuffisance rénale


Diagnostic de l'insuffisance rénale

La mesure de la concentration de créatinine sérique est l’élément central de l’évaluation biologique de l’insuffisance rénale puisque les résultats obtenus sont utilisés dans le calcul du débit de filtration glomérulaire (DFG) estimé, qui détermine le protocole thérapeutique à mettre en place pour le patient. Un décalage relativement faible entre les laboratoires de biologie médicale (20 μmol/L) peut conduire à de grandes différences d’estimation de la fonction rénale, et ce particulièrement dans le cas des valeurs basses de créatinine qui correspondent à des fonctions rénales normales ou peu altérées ou bien chez l’enfant, entrainant de fait une prise en en charge inadaptée des patients.

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Développement d’un ensemble de mesure de flux de sources neutroniques


Développement d’un ensemble de mesure de flux de sources neutroniques

Différents secteurs d’activités génèrent des neutrons nécessitant la mise en place d’une radioprotection associée : l’industrie nucléaire au travers des centrales, des installations de production et de retraitement du combustible ou des centres de recherches associés, mais également le secteur militaire, les laboratoires de recherche et le domaine médical (dans l’environnement des accélérateurs) ainsi que le spatial. Le nombre de personnes ainsi surveillées est de l’ordre de 20 000 en France et de 60 000 en Europe. Il est donc d’autant plus important de bien étalonner les sources neutroniques qui serviront au test de fonctionnement des dispositifs neutrons utilisés dans leur domaine respectif.

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Création d'une chaîne de référence pour la mesure de la pression artérielle


Mesure de tension artérielle, s	imulateur de patients

La mesure de la pression artérielle par méthode auscultatoire au moyen d’un sphygmomanomètre est l’une des méthodes les plus anciennes et reste largement utilisée dans les services médicaux. Cela étant avec cette méthode la pression n’est pas mesurée directement dans les artères, mais dans un brassard. De plus la mesure est faite à la volée lors du dégonflage du brassard – généralement avec un manomètre doté d’une résolution au millimètre de mercure – en fonction de la perception de sons liés à la circulation sanguine au travers d’un stéthoscope. En d’autres termes, cette méthode est dépendante du praticien et son exactitude est également limitée par les instruments employés. Ces données sont à rapprocher des valeurs des seuils entre un sujet sain et un sujet malade : par exemple on estime que la pression artérielle systolique doit être inférieure à 135 mmHg chez un sujet sain, et inférieure à 130 mmHg chez un malade à haut risque cardiovasculaire ou chez un diabétique.

Des tensiomètres non invasifs automatiques – avec généralement des résolutions de 0,1 mmHg –, permettant de mesurer la tension artérielle par une méthode dite « oscillométrique » sont aujourd’hui de plus en plus utilisés pour un usage domestique et médical. Jusqu’à présent ces dispositifs ont été évalués par comparaison à des mesures faites par méthode auscultatoire. Ce type d’évaluation nécessite un nombre élevé de sujets et de mesures, est lourd à mettre en œuvre et repose sur une mesure indirecte. Dans ce contexte, afin d’exploiter au mieux l’exactitude de ces nouveaux instruments et d’en faciliter leurs vérifications, il apparaît nécessaire de pouvoir comparer leurs mesures à des mesures de référence notamment faites par méthode invasive et de concevoir un banc de référence permettant de s’affranchir des panels de sujets.

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Propriétés thermiques des matériaux et références métrologiques


Banc de mesure d'émissivité basse température

La connaissance des propriétés thermiques des matériaux, dont les applications couvrent la quasi-totalité de l'activité industrielle, permet de modéliser les transferts thermiques dans des systèmes complexes et de prédire leurs comportements thermiques. Elle est nécessaire pour dimensionner les systèmes d'évacuation de la chaleur (système climatique) ou les dispositifs d'isolation pour limiter les pertes d'énergie, pour calculer au plus juste l'énergie à apporter à un système pour la transformation des matériaux, pour améliorer la qualité et la sécurité des produits par la maîtrise des processus de fabrication...

La plupart des instruments utilisés dans l'industrie pour mesurer les propriétés thermiques effectuent des mesures relatives et nécessitent donc un matériau de référence pour les étalonner. Les laboratoires nationaux de métrologie, qui fournissent ces matériaux de référence, ont développé des bancs de mesure complexes qui permettent de faire des mesures absolues sur des matériaux choisis pour leur stabilité dans le temps et leurs propriétés thermiques correspondant aux besoins des industriels.

Après un rappel des différents types de transfert thermique et de la définition des principales propriétés thermiques des matériaux, ce dossier présente les bancs de référence du LNE : méthodes et principes de mesure utilisés, domaines de mesure, types de matériaux caractérisables et incertitudes de mesure et d’étalonnage.

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Etalonnage en régime dynamique des capteurs de pression

Etalon de pression

Les mesures de pression dans les cylindres d’un moteur thermique pour étudier les phénomènes de combustion, dans une presse d’injection pour étudier un processus de moulage, dans un tube de Pitot pour déterminer la vitesse d’un avion, dans un cathéter pour déterminer la tension artérielle, sont quelques exemples d’applications qui nécessitent de mesurer la pression, hors de conditions d’équilibre. Dans ces applications, la grandeur « pression » est dite en régime dynamique, i.e. le mesurande évolue au cours du temps, et en particulier pendant la mesure. En régime statique, un capteur est caractérisé par sa sensibilité – pour un mesurande donné – qui est définie comme le quotient de la variation de la grandeur de sortie sur la variation correspondante du mesurande. Le même calcul effectué en régime dynamique révèle des valeurs de sensibilité différentes. La détermination de la sensibilité, utilisée en régime statique, ne suffit donc plus en régime dynamique, ce qui implique un étalonnage spécifique. La conception de cet étalonnage nécessite dans un premier temps de définir les caractéristiques du capteur à étudier. La mise en œuvre de cet étalonnage requiert ensuite des références spécifiques. De plus, la prise en compte des spécificités des montages (ligne de mesure, chambre de dégagement, changement de fluide…) pour effectuer des mesures nécessitent des étalonnages et des études spécifiques.

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AFM métrologique

Exemple de mesures réalisées par l'AFM

Les microscopes en champ proche, et en particulier, le Microscope à Force Atomique (AFM), sont des outils parfaitement adapté à l’étude des propriétés physiques d’objets à l’échelle du nanomètre. C’est la raison pour laquelle il est très couramment utilisé dans le domaine des nanotechnologies et des nanosciences où les propriétés physiques des objets considérés sont fortement corrélés avec leurs dimensions. Typiquement, on réalise avec cet instrument des mesures dimensionnelles telles que : distance et pas de réseau, profondeur et hauteur de marche, caractérisation de forme, rugosité de surface, épaisseur de couche mince.
La justesse et les incertitudes des mesures sont garanties par l’étalonnage de ces microscopes en champs proche via des étalons de transfert assurant leur raccordement au mètre étalon. Jusqu’à ce jour, en France, la plupart des utilisateurs de ces instruments pour lesquels l’étalonnage est indispensable se tournent vers des méthodes de substitution (étalon de référence interne, étalonnage partiel) ou vers des laboratoires nationaux de métrologie étrangers.

AFM métrologique

Métrologie de la forme d'onde de signaux dynamique complexes

Oscilloscope mesure de signaux

L'emploi des technologies numériques dans le domaine des télécommunications (réseaux WPAN*, WLAN*, WMAN*, WWAN*, DSL*, satellites,…), mais aussi dans celui de l'instrumentation est en plein développement. En particulier, la tendance est aujourd'hui de rendre les systèmes de télécommunications opérables dans une bande passante de plus en plus large et de mettre en jeu des signaux radiofréquences modulés présentant ainsi une forme d'onde complexe. La question se pose alors de l'étalonnage et de la traçabilité au Système international d'unités (SI) de la forme d'onde de ces signaux dynamiques complexes. En effet, la génération, l'acquisition et le traitement de ces signaux font appel à des instruments divers (sources radiofréquences modulées, générateurs de formes d'ondes arbitraires, oscilloscopes numériques large bande, analyseurs de spectre, analyseurs de réseaux vectoriels non linéaires,…) dont l'étalonnage n'est aujourd'hui pas assuré en France.

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Références nationales de débitmétrie gazeuse du LNE-LADG

La débimétrie gazeuse

Ce dossier présente les références mises en œuvre par le LNE-LADG pour assurer la traçabilité des mesures de débits de gaz à haute pression.
La particularité de la chaîne de traçabilité assurée par le LNE-LADG est l’utilisation de Venturi-tuyères en régime critique comme étalons de transfert. Ces tuyères, utilisées depuis le début des années 1970 par le laboratoire, permettent de générer et mesurer le débit de référence sur des bancs d’étalonnage et d’essais fonctionnant avec de l’air ou du gaz naturel.

Cette technologie participe aujourd’hui à la définition de la valeur du « mètre cube de gaz naturel à haute pression de référence » établit au travers de l’accord d’harmonisation entre la PTB, le NMi et le LNE-LADG.

Références nationales de débitmétrie gazeuse du LNE-LADG

La calorimétrie graphite

La calorimétrie graphite dans le contexte de l'exposition médicale

Dans le contexte actuel où l'exposition médicale est de loin la principale source d'irradiation d'origine artificielle, on conçoit la nécessité de mettre à disposition des références métrologiques adaptées à ce domaine. La radiothérapie en particulier requiert une très grande maîtrise des doses délivrées dans les volumes " cibles " (tumeurs), ce qui nécessite la caractérisation très précise des doses produites par les sources de rayonnement (accélérateurs, télécobalts).

Pour répondre à ce besoin, les métrologues doivent développer des références primaires, les plus représentatives possibles de la dose absorbée dans les milieux biologiques, dans des conditions d'irradiation identiques à celles rencontrées lors d'expositions humaines.

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Pesticides

Pollution de l'eau : analyses des pesticides, traçabilité des mesures

La chimie analytique, et la métrologie en chimie en particulier, connaissent actuellement des développements importants du fait des fortes demandes de la société pour la mesure des composés chimiques dans les domaines de l'environnement, de la santé et de l'agroalimentaire. Dans tous ces secteurs, auxquels se rajoutent ceux du monde industriel, des milliers de laboratoires réalisent par an, des millions d'analyses. La traçabilité métrologique de ces mesures est parfois mal, ou pas du tout, réalisée dans des secteurs sensibles comme l'environnement et la santé. Les pesticides constituent un exemple significatif où la métrologie en chimie peut jouer un rôle considérable. En effet, le niveau de pollutions des eaux par ces composés est très critique et de très nombreux laboratoires réalisent quotidiennement des analyses de pesticides. Malheureusement, malgré la mise en oeuvre de techniques analytiques sophistiquées, la traçabilité au SI n'est pas toujours démontrée. Ce dossier traite de la question des pesticides de manière générale et se propose de faire le point sur les aspects analytiques et métrologiques.

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Horloge à atomes piégés sur puce

Horloge à atomes piégés sur puce

Le condensat de Bose-Einstein, nouvel état de la matière prédit en 1924 par A. Einstein puis observé expérimentalement en 1995 par E.A. Cornell et C.E. Wieman d'une part et W. Ketterle d'autre part, suscite un fort engouement de la part de la communauté scientifique. La métrologie n'est pas en reste. En effet le LNE-SYRTE, Laboratoire national de métrologie désigné dans le cadre de la métrologie française pour réaliser les activités de temps et fréquences, s'est lancé, en collaboration avec le laboratoire Kastler Brossel de l'Ecole normale supérieure de Paris, dans un projet employant les condensats de Bose-Einstein. L'objectif est de réaliser une horloge à atomes piégés sur une puce, qui fonctionnera en alternance avec des gaz d'atomes thermiques et dégénérés.

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Balance du watt

Expérience française de la balance du watt

Le kilogramme est la seule unité du système international (SI) encore définie à partir d'un artefact unique, conformément à la définition qui en a été adoptée par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) en 1889. Il est égal à la masse du prototype international du kilogramme, étalon matériel en platine iridié, déposé au Bureau international des poids et mesures (BIPM), et dénommé .

Toutefois, même si représente l'unité de masse par définition, le prototype international n'est pas parfaitement stable, en raison de son interaction avec le milieu environnant.

A l'incitation des 20e et 21e CGPM (1995-résolution 5 et 1999-résolution 7) et afin de contribuer à l'effort international, la France a pris la décision de réaliser une expérience dite de " balance du watt " selon un principe proposé en 1976 par B.P. Kibble (NPL).

Son objectif est double :

Si cette détermination peut être effectuée avec une incertitude suffisamment faible, la réalisation conjointe de ces deux objectifs permettrait de proposer une évolution de la définition de l'unité de masse à partir d'une constante fondamentale, comme cela a été fait pour le mètre en 1983 en fixant la valeur de la vitesse de la lumière de manière conventionnelle, liant ainsi le mètre à la seconde.

Balance du watt