Le BUT Mesures physiques t'apprend à mesurer une grandeur et à prouver ce que vaut ta mesure. Une sonde affiche 20,4 °C dans une étuve : le technicien a choisi cette sonde, monté la chaîne qui change la température en nombre, puis écrit le résultat avec son incertitude, par exemple $T = (20{,}4 \pm 0{,}3)$ °C. Monter la chaîne, c'est l'instrumentation ; justifier le « $\pm 0{,}3$ », c'est la métrologie, la science de la mesure. Ces deux savoir-faire structurent les trois ans de formation et les métiers visés.
Ce que tu apprends en trois ans
Le BUT (bachelor universitaire de technologie) se prépare en trois ans dans un IUT et vaut 180 crédits européens. Pour une spécialité de production comme Mesures physiques, l'arrêté du 6 décembre 2019 prévoit 2 000 heures d'enseignement encadré, 600 heures de projets tutorés et 22 à 26 semaines de stage. Un tiers des heures relève d'adaptations locales : le contenu varie d'un IUT à l'autre.
Le programme national ne raisonne pas en matières mais en cinq compétences, des savoir-faire à mettre en œuvre en situation. Les cours, appelés ressources, apportent la physique, la chimie, l'électronique, l'informatique et les mathématiques. Les SAÉ (situations d'apprentissage et d'évaluation) te placent devant une tâche proche du travail réel : c'est là que tes compétences sont évaluées.
| Compétence | Concrètement |
|---|---|
| Mener une campagne de mesures | écrire un protocole sûr, repérer une valeur incohérente |
| Déployer la métrologie et la démarche qualité | donner un résultat avec son incertitude, étalonner un appareil |
| Mettre en œuvre une chaîne de mesure et d'instrumentation | choisir un capteur, numériser son signal, piloter un instrument |
| Caractériser des grandeurs physiques, chimiques et les propriétés d'un matériau | relier les propriétés d'un matériau à sa structure |
| Définir un cahier des charges de mesures dans une démarche environnementale | prévoir des mesures en limitant leur impact sur l'environnement et l'énergie |
En première année, tu travailles les cinq. Dès la deuxième, tu choisis un parcours parmi trois : Techniques d'instrumentation, centré sur les chaînes de mesure ; Matériaux et contrôles physico-chimiques, sur l'analyse des matériaux ; Mesures et analyses environnementales, sur la surveillance de l'environnement. Dans les trois, les deux premières compétences montent jusqu'au niveau le plus exigeant. Tous les IUT n'ouvrent pas les trois parcours : vérifie avant de candidater. Le BUT peut aussi se préparer en alternance : les périodes en entreprise remplacent alors les stages.
L'instrumentation : la chaîne de mesure
Une chaîne de mesure change une grandeur physique en nombre. Quel que soit l'appareil, elle aligne les mêmes maillons.
Étape 1 : le capteur convertit la grandeur (température, pression, déplacement) en grandeur électrique.
Étape 2 : le conditionnement met ce signal en forme : il le change en tension, l'amplifie, le filtre.
Étape 3 : le convertisseur analogique-numérique (CAN) découpe la tension en pas et la traduit en nombre.
Étape 4 : le traitement affiche, enregistre ou commande un actionneur.
Pour un capteur, la donnée clé est sa sensibilité, la pente de la relation entre ce qui entre et ce qui sort. Pour un CAN, c'est le quantum, la plus petite variation de tension qu'il distingue.
Formule : sensibilité d'un capteur, puis quantum d'un CAN de $n$ bits sur une plage de tension $E$ :
$$S = \frac{\Delta s}{\Delta e}$$ $$q = \frac{E}{2^n}$$
$\Delta s$ est la variation du signal de sortie, $\Delta e$ celle de la grandeur mesurée.
Une chaîne n'est jamais plus fine que son maillon le plus grossier, et l'exercice 1 te le montre en chiffres.
La métrologie : un résultat et son incertitude
Mesure dix fois la même pièce avec un instrument fin : tu obtiendras rarement dix fois le même nombre. La métrologie ne supprime pas cette dispersion, elle la chiffre. Ce chiffre, c'est l'incertitude de mesure : un nombre positif qui dit sur quelle largeur s'étalent les valeurs qu'on peut raisonnablement attribuer à la grandeur.
Elle s'évalue de deux façons. Le type A est statistique : tu répètes la mesure et tu calcules la dispersion. Le type B exploite le reste : résolution de l'affichage, notice du fabricant, certificat d'étalonnage. Si tu sais seulement que la valeur tombe dans un intervalle de demi-largeur $a$, sans endroit privilégié, l'incertitude-type de type B vaut $u_B = \dfrac{a}{\sqrt{3}}$. Un affichage numérique de résolution $r$ arrondit au dernier chiffre : l'erreur d'arrondi ne dépasse pas $\dfrac{r}{2}$, donc $a = \dfrac{r}{2}$.
Formule : pour $n$ mesures $x_i$ de moyenne $\bar{x}$, avec des composantes d'incertitude indépendantes :
$$s = \sqrt{\frac{\sum (x_i - \bar{x})^2}{n-1}}$$ $$u_A = \frac{s}{\sqrt{n}}$$ $$u_c = \sqrt{u_A^2 + u_B^2}$$ $$U = k\,u_c$$
$s$ est l'écart-type expérimental, $u_c$ l'incertitude-type composée, $U$ l'incertitude élargie. Avec $k = 2$, l'intervalle $[\bar{x} - U\,;\,\bar{x} + U]$ a un niveau de confiance d'environ 95 % quand la loi des valeurs est proche d'une loi normale et que l'incertitude repose sur assez de données.
Le résultat s'écrit $x = \bar{x} \pm U$, avec son unité et la valeur de $k$. Garde au plus deux chiffres significatifs pour $U$, et arrondis $\bar{x}$ à la même décimale.
Piège classique : étalonner n'est pas régler. Étalonner, c'est comparer l'instrument à un étalon, une référence dont la valeur et l'incertitude sont connues, et noter l'écart : on ne touche à rien. Régler son zéro ou son gain s'appelle un ajustage, et un instrument ajusté doit en général être étalonné de nouveau.
Exercices corrigés
Du plus direct au plus proche d'un contrôle. Cherche sur ta feuille avant d'ouvrir la correction.
Exercice 1 : Un capteur de température délivre 10 mV par degré Celsius, et 0 V à 0 °C. Sa tension arrive sur un CAN de 10 bits dont la plage va de 0 à 5 V. a) Quel est le quantum du CAN ? b) Quel plus petit écart de température la chaîne distingue-t-elle ? c) On insère un amplificateur de gain 10 avant le CAN. Que deviennent cet écart et la température maximale mesurable ?
Correction :
a) $q = \dfrac{5}{2^{10}} = \dfrac{5}{1024} \approx 4{,}9 \times 10^{-3}$ V, soit environ 4,9 mV.
b) Un pas du CAN correspond à $\dfrac{q}{S} = \dfrac{4{,}9}{10} \approx 0{,}49$ °C. La chaîne avance par pas d'un demi-degré environ et ne voit pas un écart plus petit : ici, c'est le CAN qui limite.
c) La sensibilité de la chaîne passe à $10 \times 10 = 100$ mV/°C, soit 0,1 V/°C. Le pas devient $\dfrac{4{,}9}{100} \approx 0{,}049$ °C, dix fois plus fin. Mais les 5 V du CAN sont atteints dès $\dfrac{5}{0{,}1} = 50$ °C, contre $\dfrac{5}{0{,}01} = 500$ °C sans amplificateur. Gagner en finesse fait perdre de l'étendue de mesure.
Exercice 2 : Au micromètre, tu mesures cinq fois le diamètre d'un même axe : 12,02 mm ; 12,05 mm ; 12,03 mm ; 12,06 mm ; 12,04 mm. On ne tient compte que de la dispersion des mesures. Écris le résultat avec son incertitude élargie pour $k = 2$.
Correction :
Moyenne : $\bar{d} = \dfrac{60{,}20}{5} = 12{,}04$ mm. Les écarts à la moyenne valent, en mm, $-0{,}02$ ; $0{,}01$ ; $-0{,}01$ ; $0{,}02$ ; $0$. La somme de leurs carrés fait $0{,}0010$ mm², donc $s = \sqrt{\dfrac{0{,}0010}{4}} \approx 0{,}0158$ mm.
Ensuite $u_A = \dfrac{0{,}0158}{\sqrt{5}} \approx 0{,}0071$ mm et $U = 2 \times 0{,}0071 \approx 0{,}014$ mm. En arrondissant la moyenne à la même décimale que $U$ : $d = (12{,}040 \pm 0{,}014)$ mm, avec $k = 2$.
Exercice 3 : Un thermomètre numérique affiche la température au dixième de degré. Tu relèves cinq fois celle d'un bain et lis cinq fois 36,8 °C. Ton binôme en conclut que l'incertitude est nulle. A-t-il raison ? Écris le résultat avec l'incertitude élargie ($k = 2$) due à la seule résolution de l'affichage.
Correction :
Non. Les cinq valeurs sont égales, donc $s = 0$ et $u_A = 0$, mais l'affichage arrondit : tout ce qui arrive entre 36,75 °C et 36,85 °C s'affiche 36,8 °C. La dispersion existe, elle est cachée sous la résolution.
Type B avec $a = \dfrac{0{,}1}{2} = 0{,}05$ °C : $u_B = \dfrac{0{,}05}{\sqrt{3}} \approx 0{,}029$ °C, puis $U = 2 \times 0{,}029 \approx 0{,}058$ °C, arrondi par excès à 0,06 °C.
Résultat : $T = (36{,}80 \pm 0{,}06)$ °C avec $k = 2$, soit l'intervalle $[36{,}74\,;\,36{,}86]$ °C.
Les métiers visés et la suite
Les fiches officielles du diplôme au Répertoire national des certifications professionnelles (RNCP), valables pour les parcours qui débutent le 1er septembre 2026, listent les emplois visés : technicien en mesures physiques et essais, technicien de laboratoire d'essais, technicien d'instrumentation scientifique, métrologue. Chaque parcours ajoute les siens, comme technicien en caractérisation des matériaux ou technicien en mesures et contrôle de l'environnement. Après deux ou trois ans d'expérience, le poste d'assistant ingénieur devient accessible.
Au niveau le plus élevé, la compétence métrologie consiste à gérer tout un parc d'instruments dans une démarche qualité, le travail d'un service métrologie. Les secteurs cités vont de l'automobile et l'aéronautique à la production d'énergie, la chimie, l'industrie pharmaceutique, l'agroalimentaire et le biomédical.
Le BUT confère le grade de licence : tu peux candidater en master, mais l'admission n'y est pas de droit.
À retenir
À retenir :
- Trois ans, 180 crédits européens, cinq compétences, un parcours parmi trois dès la deuxième année.
- Une chaîne de mesure aligne capteur, conditionnement, CAN et traitement ; elle n'est pas plus fine que son maillon le plus grossier.
- $S = \dfrac{\Delta s}{\Delta e}$, $q = \dfrac{E}{2^n}$, $u_A = \dfrac{s}{\sqrt{n}}$, $u_B = \dfrac{a}{\sqrt{3}}$ et $U = k\,u_c$.
- Un résultat s'écrit $x = \bar{x} \pm U$, avec son unité et $k$ ; des mesures identiques ne font pas une incertitude nulle.
- Étalonner, c'est comparer à un étalon ; ajuster, c'est régler.
Sources
- Programme national du BUT Mesures physiques (référentiel de compétences et première année), annexe 18 du Bulletin officiel spécial n° 4 du 17 juin 2021 : texte sur education.gouv.fr.
- Arrêté du 6 décembre 2019 portant réforme de la licence professionnelle, articles 1, 6 et 17 : texte sur Légifrance.
- Fiches RNCP du BUT Mesures physiques, France compétences, 13 novembre 2025 : parcours Techniques d'instrumentation, Matériaux et contrôles physico-chimiques, Mesures et analyses environnementales.