Règles de décision, bandes de garde, TUR et intervalles d'étalonnage selon l'ISO/IEC 17025

Ce qu'est une règle de décision, et pourquoi l'ISO/IEC 17025 en exige une

Une règle de décision est la méthode documentée qui transforme une valeur mesurée et son incertitude en déclaration de conformité ou de non-conformité face à une spécification. Toute mesure porte une incertitude. Un relevé proche d'une limite de tolérance est donc réellement ambigu : la valeur vraie peut se trouver d'un côté ou de l'autre de la limite. La règle de décision est la politique qui tranche cette ambiguïté de la même façon à chaque fois, et elle dit qui porte le risque quand un résultat tombe dans la zone grise.

L'ISO/IEC 17025:2017 rattache cela à deux articles. L'article 7.1.3 exige que, lorsque le client demande une déclaration de conformité à une spécification ou à une norme, la règle de décision soit clairement définie et, sauf si elle est inhérente à la spécification demandée, convenue avec le client. L'article 7.8.6 régit ensuite le contenu de la déclaration de conformité : elle doit identifier les résultats auxquels elle s'applique, les spécifications ou limites satisfaites ou non satisfaites, et la règle de décision appliquée, compte tenu du niveau de risque associé à cette règle.

En clair : vous ne pouvez pas inscrire CONFORME sur un certificat sans avoir d'abord décidé, et consigné, comment vous traitez l'incertitude près des limites. Les statistiques sous-jacentes viennent du GUM (JCGM 100:2008, Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure) et de son complément sur la conformité, le JCGM 106:2012, qui formalise la façon dont l'incertitude de mesure se traduit en risque de décision erronée. L'ILAC-G8:2019 est le document des organismes d'accréditation qui transforme ces idées en un langage de règle de décision que les évaluateurs recherchent.

Rapport de capabilité (TUR) : la règle empirique des 4:1

Le rapport de capabilité répond à une question simple : quelle part de la tolérance mon incertitude de mesure consomme-t-elle ? L'ANSI/NCSL Z540.3 définit le TUR comme le rapport de l'étendue de la tolérance au double de l'incertitude élargie à 95 % du processus de mesure utilisé pour l'étalonnage :

Le TUR n'est pas l'ancien rapport d'exactitude d'essai (TAR). Le TAR compare seulement la tolérance de l'instrument étalonné à celle de l'étalon de référence, en ignorant la méthode, l'environnement, la répétabilité et tout ce qui contribue réellement à l'incertitude. Le TUR utilise le bilan d'incertitude complet : deux laboratoires équipés du même étalon de référence peuvent donc afficher des TUR très différents, et plus honnêtes. Quand vous voyez une vieille valeur de TAR, tenez-la pour optimiste.

La règle empirique des 4:1 dit que si votre TUR atteint au moins 4:1, la mesure est assez fine par rapport à la tolérance pour que l'acceptation simple soit raisonnable : l'incertitude consomme environ un quart de la bande de tolérance de chaque côté. La Z540.3 rend cela concret en plafonnant la probabilité de fausse acceptation à 2 % et en traitant un TUR de 4:1 comme la solution pratique quand cette probabilité ne peut pas être calculée directement. Le rapport de 10:1 est un idéal hérité d'une époque d'étalons bien plus grossiers. Il est rarement atteignable sur les tolérances serrées d'aujourd'hui et ce n'est plus la cible de travail.

Bandes de garde : ILAC-G8, et qui porte le risque

Une bande de garde est un décalage, noté w, qui éloigne la limite d'acceptation de la limite de spécification. Avec une acceptation sous bande de garde, vous n'acceptez que les résultats situés à l'intérieur de la limite resserrée :

Le choix le plus courant, et le plus apprécié des évaluateurs, est w = U, l'incertitude élargie à 95 %. L'ILAC-G8:2019 appelle cela une déclaration binaire avec bande de garde : vous fixez w égal à l'incertitude élargie, de sorte qu'un CONFORME signifie que le résultat est dans la tolérance même après soustraction de l'incertitude. On parle aussi de garde stricte ou de garde à 95 %, et cela fait descendre la probabilité de fausse acceptation vers 2,5 % ou moins à la limite.

La bande de garde revient au fond à choisir le risque que vous protégez :

Aucune bande de garde ne minimise les deux à la fois. Chaque pas qui protège le client coûte au fournisseur, et réciproquement. C'est pour cela que la règle de décision doit être convenue avec le client (article 7.1.3) : vous choisissez explicitement une posture de risque en son nom. Dans les travaux critiques pour la sécurité, on penche d'ordinaire vers un faible risque de fausse acceptation. Pour des instruments de production à tolérances serrées et à fort coût de rebut, une bande de garde plus étroite, qui accepte davantage de risque fournisseur, peut être le bon choix, à condition d'être documentée et convenue.

Deux exemples chiffrés

Exemple 1 : un TUR de 2:1 avec une bande de garde w = U

Vous étalonnez un multimètre numérique sur son point 10 V en continu. La tolérance du fabricant est 10,000 V ± 0,020 V, la spécification va donc de 9,980 V à 10,020 V (une étendue de 0,040 V). Votre processus d'étalonnage a une incertitude élargie à 95 % de U = 0,010 V.

• TUR = 0,040 / (2 × 0,010) = 2:1. C'est en dessous de 4:1 : l'acceptation simple laisserait un risque de fausse acceptation inconfortable près des limites.
• Bande de garde w = U = 0,010 V. Les limites d'acceptation sous garde deviennent 9,990 V et 10,010 V.
• Décision : un relevé de 10,012 V est dans la spécification (sous 10,020 V) mais hors de la limite sous garde (au-delà de 10,010 V). Sous une acceptation avec bande de garde w = U, il n'obtient donc pas de CONFORME : l'incertitude pourrait placer la valeur vraie au-delà de la limite. Un relevé de 10,004 V est dans les deux, et il passe.

Notez le prix à payer : la fenêtre d'acceptation utilisable passe de 0,040 V à 0,020 V. La moitié de la tolérance est désormais consommée par la bande de garde. C'est le coût honnête d'un TUR de 2:1. L'énoncé de la règle de décision sur le certificat se lirait à peu près ainsi : Déclaration binaire avec bande de garde, w = U (incertitude élargie à 95 %) ; CONFORME uniquement si la valeur mesurée se situe dans la tolérance réduite de l'incertitude élargie.

Exemple 2 : une spécification asymétrique

Toutes les tolérances ne sont pas centrées. Supposons qu'un manomètre doive indiquer 100,0 kPa ^+0,8/_−0,3, une tolérance asymétrique avec LSS = 100,8 kPa et LSI = 99,7 kPa. L'incertitude de votre processus est U = 0,15 kPa. Le point clé : la bande de garde s'applique à chaque limite indépendamment, et non de façon symétrique autour du nominal :

• Étendue totale = 0,8 + 0,3 = 1,1 kPa, donc TUR = 1,1 / (2 × 0,15) ≈ 3,7:1, juste en dessous de 4:1.
• Avec w = U = 0,15 kPa, la limite supérieure sous garde est 100,8 − 0,15 = 100,65 kPa ; la limite inférieure sous garde est 99,7 + 0,15 = 99,85 kPa.
• La fenêtre d'acceptation va de 99,85 à 100,65 kPa, plus étroite du côté serré (−0,3) que du côté large (+0,8), exactement comme il se doit. Un relevé de 99,80 kPa est dans la spécification mais dans la bande de garde de la limite inférieure. Il n'est donc pas conforme.

La leçon : ne ramenez jamais une tolérance asymétrique à un seul chiffre en plus ou moins avant d'appliquer la bande de garde, vous fausseriez le risque du côté le plus serré. Traitez chaque limite pour elle-même.

Des règles de décision à la planification des intervalles d'étalonnage

Une règle de décision maîtrise le risque d'une décision erronée le jour de l'étalonnage. L'intervalle d'étalonnage maîtrise un risque différent mais voisin : le temps pendant lequel un instrument peut dériver hors tolérance, sans que personne ne le voie, avant que l'étalonnage suivant ne le détecte. Les deux se règlent sur la même cible, une probabilité acceptable d'utiliser un équipement réellement hors tolérance. Ils relèvent donc d'une seule conversation sur le risque, pas de deux.

Le pont entre les deux, ce sont vos données avant ajustage. À chaque étalonnage, vous notez si l'instrument est arrivé dans la tolérance (avant ajustage, avant toute intervention). Agrégé sur un instrument ou sur une famille d'instruments semblables, ce taux de conformité avant ajustage est la fiabilité mesurée de votre intervalle. Si 96 % des instruments reviennent dans la tolérance avec un intervalle de 12 mois et que votre cible de fiabilité est de 90 %, vous avez de la marge pour allonger l'intervalle. Si seuls 80 % reviennent dans la tolérance, l'intervalle est trop long et il envoie du matériel douteux en production entre deux étalonnages.

La NCSLI RP-1, Establishment and Adjustment of Calibration Intervals, est la référence sur le sujet. Elle présente plusieurs méthodes d'analyse des intervalles et donne des arbres de décision pour en choisir une selon la taille du parc, l'historique dont vous disposez et vos priorités de qualité et de budget. La démarche pratique qu'elle soutient ressemble à ceci :

1. Fixez un intervalle de départ fondé sur le risque. Sans historique, vous ne pouvez pas encore faire d'analyse de fiabilité. Vous partez donc du type d'instrument, de la fréquence d'usage, de l'environnement et de la criticité de la mesure. Un étalon robuste et peu utilisé dans un laboratoire maîtrisé mérite un départ plus long qu'un instrument portatif en atelier.
2. Choisissez une cible de fiabilité. Une cible courante de fiabilité en fin de période est de 85 % à 95 % dans la tolérance. Visez plus haut pour les mesures critiques pour la sécurité ou à forte conséquence, et là où vous voulez que l'acceptation simple reste défendable.
3. Réunissez l'historique avant ajustage sur plusieurs cycles d'étalonnage, en notant à la réception si l'instrument était dans la tolérance ou hors tolérance.
4. Ajustez vers la cible. Allongez l'intervalle des instruments qui dépassent largement la cible, raccourcissez celui des instruments qui ne l'atteignent pas, et enquêtez sur tout instrument qui échoue de façon répétée plutôt que de raccourcir à l'aveugle.

Le lien avec les règles de décision est direct : une cible de fiabilité plus haute garde une plus grande part de votre parc dans la tolérance, ce qui garde l'acceptation simple honnête et réduit la fréquence des bandes de garde agressives sur les instruments limites. Des intervalles serrés et des règles de décision saines sont deux leviers sur le même risque de fausse acceptation.

Les outils pour le faire

Vous n'avez pas besoin de votre propre tableur pour faire ces calculs. Nous tenons un petit ensemble de calculateurs gratuits et indépendants de tout fournisseur, qui tournent entièrement dans votre navigateur, sans inscription et sans qu'aucune donnée ne quitte votre poste.

Un TUR faible vient le plus souvent d'un bilan d'incertitude sous-estimé. Si vous travaillez sur des instruments de température, un calculateur d'incertitude dédié aux thermocouples et aux sondes à résistance (bientôt sur notre page outils gratuits) construit le U₉₅ que vous reporteriez directement dans le calculateur de bande de garde ci-dessus. En attendant, le calculateur de bande de garde accepte l'incertitude élargie que produit votre bilan.