Gravité, latitude et pourquoi les balances marines ont besoin d'une compensation de gravité

Un kilogramme de poisson a la même masse à toute latitude, mais il ne pèse pas le même poids. L'accélération gravitationnelle au niveau de la mer est d'environ 9,780 m/s² à l'équateur et d'environ 9,832 m/s² aux pôles. Comme un capteur de pesage mesure une force, une balance réglée à une latitude affiche une lecture différente à une autre. Pour un navire construit dans un pays, mis en service dans un second port et qui pêche des centaines de kilomètres plus au nord ou au sud, il s'agit d'une erreur mesurable. Cet article la quantifie, explique le système européen de zones de gravité et présente les options pratiques.

Pourquoi la gravité varie selon la latitude

La gravité à la surface de la Terre augmente de l'équateur vers les pôles d'environ 0,53 %. Deux effets se combinent. La rotation de la Terre produit un effet centrifuge maximal à l'équateur, et la Terre est légèrement aplatie, si bien qu'un point sur l'équateur est plus éloigné du centre de masse qu'un point aux pôles.

Les géodésiens décrivent cela avec un modèle de gravité normale sur un ellipsoïde de référence. Le NOAA National Geodetic Survey indique les valeurs GRS-80 de 9,780 326 7715 m/s² pour la gravité normale équatoriale et 9,832 186 3685 m/s² pour la gravité normale polaire. La différence, 0,0519 m/s², représente 0,53 % de la valeur équatoriale.

La métrologie légale en Europe utilise un modèle standard de gravité selon la latitude et l'altitude, publié dans le Guide WELMEC 2. WELMEC note que la gravité locale réelle s'écarte normalement de ce modèle de pas plus d'environ 0,005 %, ce qui est négligeable pour le pesage commercial. Le tableau ci-dessous en est issu.

Gravité selon la latitude : tableau de référence

Le tableau donne la gravité au niveau de la mer selon le modèle WELMEC. Les valeurs sont identiques pour les latitudes nord et sud ; les régions données en exemple sont approximatives et n'indiquent que la bande de latitude.

Latitude	Région d'exemple (approximative)	Gravité (m/s²)	Différence par rapport à 52° (Pays-Bas)
0°	Équateur	9,7803	−0,33 %
12°	Caraïbes, côte centrale du Pérou (12° S)	9,7826	−0,31 %
36°	Détroit de Gibraltar, Malte	9,7982	−0,15 %
43°	Côte nord de l'Espagne	9,8044	−0,08 %
52°	Pays-Bas, sud de la mer du Nord, îles Falkland (52° S)	9,8125	0
56°	Danemark, centre de la mer du Nord	9,8159	+0,04 %
60°	Shetland, sud de la Norvège	9,8192	+0,07 %
64°	Islande, centre de la Norvège	9,8222	+0,10 %
70°	Nord de la Norvège, mer de Barents	9,8261	+0,14 %
78°	Svalbard	9,8299	+0,18 %
90°	Pôle	9,8322	+0,20 %

L'altitude compte à peine en mer. La gravité diminue d'environ 0,000 003 m/s² par mètre de hauteur, donc une balance sur un pont à 10 mètres au-dessus de la ligne de flottaison diffère d'environ 3 parties par million de celle au niveau de la ligne de flottaison.

Exemple chiffré : une balance réglée aux Pays-Bas, utilisée au large du nord de la Norvège

Une balance réglée à 52° N et utilisée à 70° N affiche une lecture excédentaire d'environ 0,14 % si rien n'est corrigé. Les étapes :

1. Gravité là où la balance a été réglée (52° N) : 9,81247 m/s².
2. Gravité là où la balance est utilisée (70° N) : 9,82609 m/s².
3. La gravité à 70° N est 0,139 % plus forte, donc la balance surévalue de 0,139 %.
4. Sur une charge de 15 kg, 0,139 % représente 20,8 g en trop.
5. Sur une charge de 400 kg, cela représente 555 g en trop.

20,8 g, est-ce significatif ? Pour un instrument de classe III avec une portée maximale de 15 kg et un échelon de vérification de 5 g, l'OIML R 76-1 fixe l'erreur maximale tolérée à la vérification initiale à un échelon et demi (7,5 g) pour les charges supérieures à 2 000 échelons (10 kg). Cette seule erreur de gravité représente près de trois fois cette limite. L'effet s'accumule aussi : sur une marée qui débarque 30 tonnes, un biais de 0,139 % représente environ 42 kg.

L'inverse se produit lorsqu'un navire se déplace vers l'équateur. Une balance réglée à 52° N et utilisée à 36° affiche une lecture déficitaire de 0,15 %, soit 36 g de moins sur une boîte de 25 kg, une perte directe là où le poisson est vendu au poids.

Zones de gravité en métrologie légale européenne

Une zone de gravité est une bande de latitude et d'altitude à l'intérieur de laquelle un instrument de pesage sensible à la gravité reste dans ses tolérances sans nouveau réglage. Le Guide WELMEC 2 explique ce concept dans le cadre de la directive européenne 2014/31/UE sur les instruments de pesage à fonctionnement non automatique :

• Si un instrument est vérifié loin de son lieu d'utilisation, il doit être ajusté définitivement à la gravité de ce lieu, ou à la valeur de référence au centre d'une zone de gravité spécifiée qui contient le lieu d'utilisation.
• Une zone est délimitée par deux latitudes (par pas de 1°, exceptionnellement 0,5°) et deux altitudes (par pas de 100 m). La longitude n'a pas d'importance, comme le note le PTB, car le modèle de gravité est symétrique autour de l'axe terrestre.
• La zone doit être suffisamment étroite pour que la variation de gravité en son sein ne modifie l'indication de pas plus d'un tiers de l'erreur maximale tolérée.
• Les zones sont identifiées par un code tel que 49-52 0-200 : latitudes 49° à 52°, altitudes 0 à 200 m.

La largeur de zone autorisée dépend de la résolution de l'instrument. La page informations WELMEC sur la gravité montre, par exemple, qu'en Autriche aucun marquage du lieu d'utilisation n'est nécessaire pour les instruments de classe III jusqu'à 1 000 échelons de vérification, qu'une seule zone suffit au-delà de 1 000 et jusqu'à 3 000 échelons, et que trois zones s'appliquent au-delà de 3 000 et jusqu'à 5 000 échelons. Plus la balance est fine, plus la zone est étroite.

Un système de zones conçu pour la terre convient mal à un navire, car celui-ci traverse plusieurs zones au cours d'une seule marée. Le Guide WELMEC 2 comporte donc une section distincte pour les instruments de pesage installés à bord des navires, qui traite de la compensation de gravité, de l'inclinaison et des essais d'accélération dynamique. Pour en savoir plus, voir le portail métrologie légale.

Options pour les navires : étalonner sur place ou compenser

Il existe trois façons pratiques de gérer la gravité à bord d'un navire, et le bon choix dépend de la distance parcourue par le navire et de la finesse de la balance.

Approche	Ce qu'elle implique	Convient à	Points de vigilance
Régler avec des poids d'essai sur place	Portée réglée avec des poids certifiés au port d'attache ou sur les zones de pêche	Navires opérant dans une bande de latitude étroite	Doit être répété en cas de changement de zone d'exploitation ; régler sur un pont en mouvement nécessite une balance compensée
Paramètre de valeur de gravité ou de zone	L'indicateur utilise la valeur de gravité de la zone d'utilisation	Zones d'exploitation prévisibles	Le paramètre doit être scellé et modifié délibérément ; un mauvais réglage donne un biais silencieux
Compensation de gravité automatique	La balance corrige elle-même la gravité locale, où que se trouve le navire	Navires traversant de nombreux degrés de latitude	Demandez des résultats d'essais et des certificats montrant comment la compensation a été vérifiée

L'OIML R 76-1 autorise un instrument sensible à la gravité à disposer d'un dispositif qui compense les variations de gravité, à condition que l'accès externe à ce dispositif soit pratiquement impossible après le scellement (clause 4.1.2.6). Ce qu'il faut demander à un fournisseur sur la compensation de mouvement, d'inclinaison et de gravité est traité dans Compensation de mouvement dans les balances marines : ce qu'elle apporte et comment l'évaluer.

Liste de contrôle pratique pour les flottes

1. Consignez la latitude à laquelle chaque balance a été réglée ou vérifiée pour la dernière fois.
2. Listez la plage de latitude sur laquelle le navire pêche réellement, y compris les zones saisonnières.
3. Consultez la différence de gravité dans le tableau ci-dessus et exprimez-la en échelons à votre charge typique.
4. Si la différence dépasse environ un tiers de votre exigence de précision, utilisez la compensation de gravité ou réglez à nouveau dans la zone d'exploitation.
5. Après tout nouveau réglage ou changement de paramètre, vérifiez avec des poids d'essai connus et consignez le résultat.
6. Pour le pesage réglementé, confirmez les exigences auprès de l'autorité compétente du pays d'utilisation.

D'autres vérifications de routine en mer sont traitées dans Obtenir des pesées précises par mer agitée.

L'approche de WPL

La balance plateforme marine série M5 compense les variations de gravité ainsi que le mouvement et l'inclinaison, ce qui convient aux navires travaillant sur une large plage de latitudes. Les paramètres d'étalonnage, de capacité et de filtrage des balances WPL sont gérés avec le panneau de configuration R10. WPL a livré des balances à des flottes de pêche et de recherche du Groenland et de l'Islande à la Méditerranée, aux Caraïbes et aux îles Falkland, ce qui montre l'étendue possible de la plage de latitudes d'exploitation. Voir le guide Peser en mer pour le contexte plus large.