Soutenance de Clément MOREAU

L’incertitude de mesure évalue la fiabilité d’un résultat en tenant compte des diverses sources de variabilité susceptibles de l’affecter. Dans le domaine industriel, où sont régulièrement mesurées des grandeurs physiques comme la longueur, la température ou la rugosité de surface, elle constitue un élément essentiel. Contrairement à la notion d’erreur, l’incertitude ne traduit pas une déviation par rapport à une valeur supposée vraie, mais décrit l’ensemble des fluctuations possibles autour d’un résultat. Elle permet ainsi d’estimer la variabilité d’une mesure et d’en juger la comparabilité, la conformité ou la validité.

L’évaluation rigoureuse des incertitudes en métrologie de surface exige une démarche expérimentale cohérente, reproductible et adaptée à la diversité des instruments et procédés rencontrés. Cette démarche s’appuie sur des standards métrologiques et s’articule autour de plusieurs axes : validation des instruments, définition des protocoles expérimentaux (plans Morphomeca Monitoring), stabilité instrumentale à court et long terme, sélection des paramètres pertinents et prédiction des fluctuations.

Trois méthodes complémentaires ont été développées pour structurer une quantification généralisable des incertitudes de mesure. La première, dite méthode « Pixel », repose sur l’analyse locale des fluctuations de hauteur à partir de mesures répétées au même emplacement. Elle permet d’obtenir des maps révélant les corrélations entre les fluctuations et les gradients de surface. Un outil visuel, le B2D plot, facilite cette mise en relation et identifie les seuils de gradients critiques.

La seconde méthode appelé « Index », s’appuie sur l’analyse statistique des paramètres de rugosité à travers quatre indices : Quality, Drift, Stability et Relevance Index. Ces indicateurs permettent de qualifier les sources d’incertitude selon le type d’instrument, la stratégie de mesure et les conditions environnementales. Cette approche souligne également la sensibilité variable des paramètres aux fluctuations et la nécessité d’écarter les mesures anormales pour garantir la fiabilité des résultats.

La troisième méthode dite « Moyenne/Écart-type » consiste en une série d’acquisitions répétées au même emplacement, dans des conditions contrôlées, afin d’étudier le comportement intrinsèque d’un instrument. L’analyse des couples {moyenne, écart-type} des paramètres de rugosité met en évidence une relation de proportionnalité conforme à la loi de Taylor. Les coefficients α et β permettent alors de modéliser le comportement métrologique de l’instrument et de prédire l’incertitude d’un paramètre à partir d’une seule mesure, après une mise à l’épreuve expérimentale.

L’application de ces trois approches sur des surfaces abrasées en TA6V, puis sur d’autres matériaux et configurations (surfaces stitchées, multicouches, isotropes ou anisotropes), a confirmé la robustesse et la généralisabilité des méthodes proposées. L’analyse croisée des résultats montre que certains paramètres, notamment le Sdr, se révèlent particulièrement adaptés pour le suivi temporel et la surveillance de la stabilité instrumentale. Enfin, la synthèse de l’ensemble des travaux conduit à formuler des recommandations concrètes sur les pratiques métrologiques, le choix des instruments, les réglages et les stratégies de mesure, ouvrant ainsi la voie à une intégration plus systématique de l’incertitude dans la caractérisation topographique des surfaces industrielles.

Rapporteurs

• Stéphane Benayoun (Dr., Professeur, LTDS – École Centrale de Lyon, France)
• Noël Brunetière (Dr., Directeur de Recherche CNRS, Pprime, Poitiers, France)

Examinateurs

• Christopher A. Brown (Dr., Professor, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, USA)
• Marie-Ange Bueno (Dr., Professeure, LPMT, Mulhouse, France)
• Thierry Coorevits (Dr., Maître de Conférences, ENSAM, Lille, France)
• Julie Marteau (Dr., Maître de Conférences HDR, Roberval – UTC, Compiègne, France)

Directeur de thèse

• Maxence Bigerelle (Dr., Professeur, LAMIH – INSA Hauts-de-France, Valenciennes, France)

Encadrante

• Julie Lemesle (Dr., Ingénieure, Valutec – LAMIH, Valenciennes, France)

Membre invité

• François Blateyron (Research Director & Metrology, Digital Surf, Besançon, France)

Métrologie, Incertitudes, Rugosité, Topographies de Surface, Profilomètre 3D, Surfaces Manufacturées, Interféromètre, Confocal, Focus Variation, Paramètres de rugosité.