Métrologie des surfaces

La surface d’un solide est un domaine à deux dimensions où se situent les interactions du solide avec le monde extérieur. La physique des surfaces a beaucoup progressé en cette deuxième moitié du vingtième siècle, et de nombreux domaines d’activités industrielles sont directement concernés par cette discipline. C’est à la surface d’un solide que se produisent les réactions chimiques qui la font évoluer et que se manifestent les phénomènes de frottements, d’usure, des adsorptions de contaminants divers. Depuis la métrologie des masses jusqu’au fonctionnement des paliers, depuis les états rectifiés des surfaces mécaniques jusqu’au superpoli des surfaces optiques, la métrologie des surfaces joue un rôle essentiel dans le contrôle de composants mécaniques, optiques ou électroniques.

Les propriétés d'une surface sont extraordinairement nombreuses et complexes. On cherche à les caractériser par des paramètres simples qui ne donneront bien évidemment jamais une représentation complète de ces propriétés. C'est pourquoi l'expérience est essentielle pour pouvoir déduire des observations la réponse à la question : la surface remplira-t-elle correctement ses fonctions ?

Dans la plupart des normes qui traitent des surfaces, l'examen visuel et tactile est souvent le premier cité. Quoique qualitatif, il représente souvent une synthèse de paramètres difficilement quantifiables par d'autres moyens : texture, teinte, aspects en lumières diverses, sensations mécaniques et thermiques. Comme pour un médecin qui sait voir dans une radiographie ou un scanner les éléments qui lui permettront de déterminer son diagnostic, l'expérience seule permet à un ingénieur ou à un technicien de tirer des images directes ou indirectes mises à notre disposition par l'instrumentation moderne, les conclusions sur la conformité de la surface à un cahier des charges particulier.

Nous analyserons dans cet article diverses méthodes qui permettent de caractériser les surfaces par leurs propriétés géométriques macroscopiques (forme : rectitude, planéité ou circularité), et microscopiques (rugosité). Nous décrirons quelques instruments permettant d'accéder à ces propriétés et nous en citerons d'autres comme les microscopes en champ proche ou les microscopes à force atomique.