Étalonnage de l’humidité : capteurs HR, références et incertitude

L’étalonnage d’un capteur d’humidité relative exige une comparaison dans des conditions définies, notamment de température. Deux indications différentes, relevées dans des zones thermiquement différentes, ne démontrent pas à elles seules une erreur de la sonde. Il faut identifier la chaîne, attribuer une valeur de référence avec son incertitude et démontrer que les valeurs comparées décrivent des conditions compatibles.

1. Humidité relative et température sont indissociables

L’humidité relative, notée ici HR, exprime le rapport entre la pression partielle de vapeur d’eau et sa pression de saturation dans les conditions spécifiées. La température modifie cette référence de saturation : à pression partielle de vapeur constante, une hausse de température diminue l’HR. La seule indication « 50 % » ne décrit donc pas complètement un point d’étalonnage.

Point de rosée, point de gelée et concentration de vapeur sont des grandeurs différentes. La conversion en HR exige la température du gaz, un modèle approprié et les éventuelles corrections de pression ; aux basses températures, la référence à l’eau ou à la glace compte également. Ne transférez pas une valeur calculée à une autre position sans évaluer les conditions locales.

2. Définir la chaîne et la référence

Identifiez sonde, filtre protecteur, indicateur, voie, câble, sortie et paramètres. Précisez si le résultat concerne l’affichage, le signal analogique ou la valeur enregistrée par le système. Une vérification électronique de l’entrée ne caractérise ni l’élément sensible ni son exposition à l’air. Le capteur de température utilisé pour la conversion nécessite lui aussi des preuves adaptées.

Un générateur à pression/température réalise les conditions à partir de grandeurs mesurées et d’un modèle. Un hygromètre à miroir refroidi mesure le point de rosée ; obtenir l’HR exige également la température du gaz. Un capteur HR de référence permet une comparaison directe, mais suppose de connaître corrections, incertitude, dérive et hystérésis. La consigne de l’enceinte ne remplace pas ces preuves.

Les solutions salines génèrent des conditions d’équilibre dépendantes de la température : la valeur tabulée n’est pas exacte et ne décrit pas automatiquement le récipient réel. Composition, état de la solution, étanchéité, contamination et équilibre interviennent. Dans sa propre méthode, le guide DKD-R 5-8 ne les accepte pas comme voie de traçabilité métrologique, tout en permettant certains usages pour les contrôles intermédiaires et la génération avec une référence distincte. Ce choix méthodologique n’est pas une interdiction universelle des BPF.

3. Liste de contrôle : la comparaison est-elle interprétable ?

Cette liste originale relie les principales vérifications à une décision concrète. La compléter avant d’interpréter un écart évite d’ajuster le capteur pour compenser le banc d’essai.

Une enceinte vide et une enceinte contenant des instruments chauds peuvent créer des conditions différentes. Même une indication stable peut différer durablement entre deux positions. Évitez tout contact avec des liquides ou des aérosols salins et respectez les conditions de sécurité et de compatibilité du montage.

4. Points, réponse et hystérésis

Convenez des points HR et températures pertinents pour l’usage, de la méthode, de la séquence, des répétitions et des critères d’équilibre. Aucun ensemble de points ne convient à tous les capteurs. Un étalonnage à température ambiante ne démontre pas automatiquement les performances à des températures d’utilisation très différentes.

Consignez l’approche de chaque point : la réponse peut dépendre de l’humidité précédente. Une séquence uniquement croissante ne quantifie pas nécessairement l’hystérésis, différence de réponse à une même valeur atteinte dans des sens opposés. Distinguez cet effet de la répétabilité et du temps de réponse. Ne moyennez pas indistinctement des parcours différents ; indiquez comment ils sont rapportés ou inclus dans l’incertitude.

Le critère de stabilité doit considérer la référence et l’instrument, pas seulement le régulateur. Des lectures successives supplémentaires ne sont pas toujours des observations indépendantes : accélérer l’acquisition ne supprime ni dérive ni corrélation. Conservez les horaires, conditions et motifs des exclusions prévues par la méthode.

5. Unités et incertitude : cas simulé

Définissons l’erreur par e = indication − référence et la correction par c = −e. Lorsque l’HR est exprimée en pourcentage, la différence s’exprime en points de pourcentage HR. L’erreur relative exige en revanche de diviser par la valeur de référence. Écrire seulement « erreur de 1 % » laisse une ambiguïté déterminante.

Dans ce cas simulé, la référence indique 51,0 % HR dans une zone à 25 °C ; la sonde indique 48,0 % HR dans une zone à 26 °C. L’écart apparent vaut −3,0 points de pourcentage. Nous ne pouvons ni l’attribuer entièrement au capteur ni soustraire une correction thermique arbitraire. Des mesures locales, la caractérisation du volume et une comparaison contrôlée sont nécessaires, en conservant les données initiales.

Après documentation de conditions comparables à 25 °C, la référence vaut 50,0 % HR et la sonde indique 50,6 % HR : e = +0,6 point de pourcentage, c = −0,6 point de pourcentage. L’erreur relative est 0,6 / 50,0 × 100 = +1,2 %. L’incertitude élargie simulée vaut U = 0,8 point de pourcentage, avec k = 2 : ce n’est pas 0,8 % de la lecture.

Supposons une règle convenue pour ce point : |e| + U ≤ 2,0 points de pourcentage. Le résultat est 1,4 ≤ 2,0. Il satisfait le critère simulé uniquement dans les conditions considérées ; il ne démontre pas tout le domaine et n’autorise pas à modifier rétrospectivement la règle.

Le bilan doit évaluer les contributions pertinentes de la référence, de la température et des gradients, de la stabilité, de la résolution, de la répétabilité, de la dérive et de l’hystérésis. Convertissez les contributions dans la même unité au moyen du modèle ; considérez les corrélations et les composantes déjà incluses. L’incertitude du certificat ne couvre pas automatiquement l’utilisation ultérieure, la contamination ou un autre montage.

6. Du rapport à l’utilisation

Le rapport doit permettre de reconstituer l’objet, la configuration, la méthode, les points HR/température, les résultats, les incertitudes, le facteur d’élargissement et le traitement de l’hystérésis. En cas d’ajustage, séparez les résultats avant et après intervention. Précisez où appliquer les corrections : une correction documentée mais non appliquée dans le système ne modifie pas la valeur enregistrée.

Les fonctions habilitées définissent les usages admis et les contrôles selon le risque et l’historique. Évaluez changements de filtre, exposition à la condensation ou aux solvants, maintenance et dérive. Un contrôle intermédiaire utile repose sur une référence et des conditions connues ; comparer deux sondes pareillement contaminées peut ne pas révéler un problème commun.

Approfondissez l’étalonnage de la chaîne thermométrique et le bilan d’incertitude. La qualification et la cartographie de l’enceinte restent une évaluation distincte. Retrouvez les autres parcours dans le hub Étalonnage et métrologie de laboratoire.

7. Sources et champ d’application

Vérification : 1er octobre 2026. Les guides techniques s’appliquent dans leur propre domaine ; liste de contrôle et cas sont des créations originales GuideGxP, pas une procédure universelle.

1. PTB/DKD-R 5-8, révision 0, édition anglaise d’octobre 2019 — étalonnage des hygromètres HR, références, conditions et séquences ; édition liée depuis le catalogue officiel actuel.
2. L. Greenspan, NBS, Humidity Fixed Points of Binary Saturated Aqueous Solutions, 1977, 81A(1), 89–96 — étude scientifique historique sur l’équilibre, la température et les incertitudes des solutions saturées.