Questions fréquentes

Un pied à coulisse est un instrument de mesure de précision qui lit une même longueur sur deux échelles à la fois. Une échelle principale fixe, graduée en millimètres, donne la partie entière de la mesure ; un court vernier coulissant gravé à côté récupère la fraction que l’échelle principale est trop grossière pour montrer. Ensemble, ils permettent à un instrument tenu à la main d’atteindre 0.02 mm — cinquante fois plus fin que la règle millimétrée sur laquelle il est bâti — sans pile, ni moteur, ni électronique. Un pied à coulisse d’atelier courant couvre 0 à 150 mm et porte deux paires de becs et une jauge de profondeur : un seul outil mesure les cotes extérieures, intérieures et les profondeurs.

Voyez-le comme une règle munie d’une échelle assistante. Une règle seule vous dit que l’objet est quelque part entre 24 et 25 mm et vous laisse deviner le reste. Le vernier supprime la devinette : ses divisions sont faites volontairement un peu plus courtes que celles de l’échelle principale, si bien qu’une seule d’entre elles peut être exactement au niveau d’un trait de l’échelle principale à un instant donné. Trouvez le trait qui s’aligne et son numéro vous dit de combien vous avez réellement dépassé 24 mm. Les millimètres entiers viennent de la règle, la fraction de l’échelle assistante, et on additionne.

Le pied à coulisse est l’instrument — la règle, les deux paires de becs et la jauge de profondeur qui atteignent physiquement la pièce. Le vernier est l’échelle qui sert à le lire, inventée par Pierre Vernier et utilisée sur bien d’autres instruments. Un pied à coulisse à vernier est donc simplement un pied à coulisse que l’on lit au moyen d’un vernier ; un modèle à cadran et un modèle numérique sont le même instrument, le vernier étant remplacé par une aiguille entraînée par engrenages ou par un codeur électronique. Dans les ateliers on appelle souvent l’outil entier « un vernier », d’où la confusion.

Le vernier a été publié en 1631 par le mathématicien français Pierre Vernier, dans un traité sur un quart de cercle d’arpentage. Il perfectionnait le système d’échelles obliques décrit par le mathématicien portugais Pedro Nunes en 1542, raison pour laquelle l’échelle s’appelle encore un nonius dans une grande partie de l’Europe. Vernier n’a jamais posé son échelle sur un pied à coulisse — les instruments coulissants existaient déjà, et un exemplaire en bronze a été daté de l’an 9 en Chine. Les deux ont été réunis dans l’instrument d’atelier moderne par Joseph R. Brown, de Brown & Sharpe, en 1851 : la première version assez exacte et assez abordable pour un usage courant.

Les deux types classiques sans échelle sont le compas d’extérieur, dont les branches se recourbent vers l’intérieur pour saisir un arbre, et le compas d’intérieur, dont les branches s’écartent pour couvrir un alésage. Ni l’un ni l’autre ne porte d’échelle : on les règle sur la pièce, on les retire et on mesure les branches contre une règle. Les deux que vous rencontrerez bien plus probablement sur un établi aujourd’hui sont le pied à coulisse à vernier, lu sur des échelles gravées, et le pied à coulisse numérique, lu sur un écran LCD — avec le modèle à cadran comme troisième voie, mécanique et intermédiaire.

En quatre gestes. Repérez le dernier trait de millimètre de l’échelle principale que le zéro du vernier a déjà dépassé — c’est la lecture de l’échelle principale. Parcourez le vernier pour trouver l’unique division exactement au niveau d’un trait de l’échelle principale. Multipliez ce numéro de division par la précision de lecture, généralement 0.02 mm. Additionnez les deux : TR = MSR + (VSR × LC). Un zéro de vernier juste après 24 mm avec la quinzième division qui coïncide donne 24 + (15 × 0.02) = 24.30 mm. Fermez les becs et vérifiez que l’instrument lit zéro avant de commencer, et corrigez tout décalage constaté.

Essuyez les becs et la pièce, fermez complètement les becs et vérifiez que les échelles lisent zéro. Choisissez la bonne partie pour le travail : les longs becs inférieurs pour l’extérieur, les becs supérieurs pour l’intérieur, la tige qui sort de l’extrémité pour les profondeurs. Posez la pièce contre le bec fixe et amenez le bec mobile avec la molette jusqu’à sentir un contact léger — serrer mesure de combien la pièce cède, pas sa taille. Bloquez la vis si vous devez soulever l’instrument pour le lire, regardez l’échelle bien en face pour que la parallaxe ne décale pas une division, puis rouvrez les becs avant de le reposer.

Un instrument métrique a une échelle principale en millimètres entiers et un vernier de 50, 20 ou 10 divisions, donnant une précision de lecture de 0.02, 0.05 ou 0.1 mm. Lisez le dernier trait de millimètre que le zéro du vernier a dépassé, trouvez la division coïncidente du vernier, multipliez-la par la précision de lecture et additionnez. Sur le modèle courant à 50 divisions, le vernier est numéroté tous les cinq traits, de 0 à 10, et chacun de ces nombres vaut un dixième de millimètre — donc si le trait marqué 3 coïncide, vous êtes à 0.30 mm au-delà du trait de millimètre, et un trait deux divisions plus loin ajoute encore 0.04 mm.

Un instrument impérial divise chaque pouce de son échelle principale en quarante parts : une division vaut donc 0.025 in et chaque quatrième division est repérée comme un dixième de pouce. Le vernier porte 25 divisions, ce qui donne une précision de lecture de 0.025 ÷ 25 = 0.001 in. Lisez les dixièmes repérés, ajoutez 0.025 in pour chaque petite division que le zéro du vernier a dépassée au-delà, puis ajoutez la division coïncidente du vernier en millièmes. Un zéro de vernier trois petites divisions après 1.4 in, avec le douzième trait du vernier qui coïncide, donne 1.4 + 0.075 + 0.012 = 1.487 in.

Les divisions du vernier sont faites volontairement un peu plus courtes que celles de l’échelle principale. Sur une échelle à 50 divisions, 50 divisions du vernier sont tracées pour couvrir 49 mm : chacune vaut donc 0.98 mm — exactement 0.02 mm de moins qu’un millimètre. Ce manque s’accumule, si bien qu’un seul trait du vernier peut être au niveau d’un trait de l’échelle principale à la fois, et lequel c’est vous donne la partie fractionnaire de la lecture.

La précision de lecture est le plus petit écart que l’instrument sait distinguer, et elle vaut une division de l’échelle principale divisée par le nombre de divisions du vernier. Un vernier à 50 divisions sur une échelle principale au millimètre donne 1 ÷ 50 = 0.02 mm. Un vernier à 20 divisions donne 0.05 mm et un vernier à 10 divisions 0.1 mm. On l’appelle aussi la constante du vernier, parce qu’elle vaut la différence entre une division de l’échelle principale et une division du vernier.

Il mesure une dimension linéaire — la distance entre deux surfaces — en millimètres ou en pouces. Sur un instrument courant de 0 à 150 mm, cela couvre les cotes extérieures comme le diamètre d’un arbre ou l’épaisseur d’une tôle, les cotes intérieures comme un alésage ou la largeur d’une rainure, et les profondeurs comme un trou borgne ou un épaulement, le tout avec une résolution de 0.02 mm. Il ne mesure ni angle, ni circularité, ni planéité, ni état de surface, ni effort ; chacun de ces éléments demande son propre instrument.

Quatre, et un bon instrument les assure tous sans changer d’outil. Les longs becs inférieurs prennent les mesures extérieures — diamètres d’arbres, épaisseurs de matière, largeurs de pièces. Les becs supérieurs prennent les mesures intérieures — diamètres d’alésages, largeurs de rainures et de gorges. La jauge de profondeur qui sort de l’extrémité mesure les profondeurs de trous et les lamages. L’épaulement plat au bout de la règle mesure les hauteurs de marche, la différence d’une face à l’autre. Tracer des traits est un cinquième usage auquel on soumet souvent les becs, mais cela émousse les faces de mesure : mieux vaut une pointe à tracer.

Partout où une cote doit être juste au centième de millimètre près et où une règle ne suffit pas. Les usineurs contrôlent des pièces tournées et fraisées par rapport à un plan ; les ajusteurs vérifient les jeux entre arbres et alésages avant montage ; les techniciens automobiles mesurent l’usure des disques, des plaquettes et des coussinets ; les laboratoires scolaires et universitaires s’en servent pour les travaux sur la densité et le volume, raison pour laquelle la lecture d’un vernier figure dans tant de programmes ; et les fabricants les saisissent constamment pour des pièces imprimées en 3D ou usinées en CNC, la bijouterie, l’armurerie et le rechargement. La version à vernier reste en particulier préférée partout où une pile serait un handicap — dans le liquide de coupe, sur le terrain, ou en salle d’examen.

Un pied à coulisse mesure la distance entre deux faces opposées d’un objet plus précisément et de façon plus reproductible qu’une règle ne le permet, et il atteint des endroits inaccessibles à une règle : la paroi opposée d’un alésage, le fond d’un trou borgne, le diamètre d’un arbre qu’aucun bord droit ne peut enjamber. Les simples compas à ressort ne font que reporter la cote, que l’on lit ensuite sur une règle ; les instruments à vernier, à cadran et numériques portent leur propre échelle et donnent le nombre directement. À signaler pour qui arrive d’une recherche automobile : un étrier de frein est une pièce sans rapport, qui serre les plaquettes sur le disque et ne mesure rien.

Il peut mesurer un alésage, mais attendez-vous à ce qu’il lise légèrement petit. Les becs intérieurs ont un petit rayon en bout, ils n’atteignent donc pas tout à fait le point le plus large de la paroi, et l’erreur croît quand le trou rétrécit. Basculez l’instrument dans l’alésage et gardez la plus grande lecture : toute ligne qui manque le centre est une corde, et une corde est plus courte que le diamètre. Pour un alésage ajusté, utilisez plutôt un comparateur d’alésage ou un micromètre d’intérieur.

L’erreur de zéro est la valeur qu’affiche l’instrument becs complètement fermés, alors qu’il ne devrait rien afficher. Si le zéro du vernier se trouve à droite du zéro principal, l’erreur est positive et vous la soustrayez de chaque lecture. S’il se trouve à gauche, l’erreur est négative et vous ajoutez la correction. Les becs sont toujours là où ils sont ; c’est seulement l’échelle qui vous ment.

Le pied à coulisse est l’instrument le plus polyvalent : il mesure les cotes extérieures, intérieures et les profondeurs sur une étendue de 0 à 150 mm, typiquement au 0.02 mm. Le micromètre ne mesure que l’extérieur, sur environ 25 mm par corps, mais il atteint 0.01 mm et se montre plus reproductible parce que la friction contrôle la pression de contact. Prenez le pied à coulisse pour le travail courant et le micromètre dès que la tolérance descend sous 0.02 mm environ.

Parce qu’aucun instrument ne peut indiquer une cote plus fine que sa précision de lecture. Une bille de 5/8 de pouce fait 15.875 mm. Un instrument au 0.02 mm indique 15.88 ; un instrument au 0.05 mm ne peut tomber que sur 15.90. Aucun des deux n’a tort — chacun fait au mieux de ce que son échelle permet. Chargez la bille de roulement dans le simulateur et changez de précision de lecture pour le voir se produire.

Un instrument numérique se lit plus vite et supprime l’erreur de parallaxe et les mauvaises lectures, ce qui explique que la plupart des ateliers en utilisent un aujourd’hui. Un instrument à vernier n’a pas besoin de pile, ne peut pas dériver, et survit au liquide de coupe et aux copeaux qui tueraient une échelle électronique. Apprendre le vernier est aussi ce qui vous apprend ce que le nombre signifie — raison pour laquelle cette compétence de lecture est toujours évaluée.

Mitutoyo est la référence habituelle — fabrication japonaise, étalonnage raccordé, becs qui restent plans et parallèles, et le nom que la plupart des ateliers et laboratoires prennent comme repère. Starrett, Tesa et Brown & Sharpe l’accompagnent, Mahr et Preisser étant les choix européens courants. En dessous, Insize, Baker, Yuzuki et des fabricants similaires produisent des instruments utilisables pour l’enseignement et le travail courant à une fraction du prix. Ce qui les sépare n’est pas l’échelle, qui n’est qu’une gravure, mais la rigidité de la règle, le parallélisme et la finition des becs et la douceur du coulissement — d’où le fait qu’un instrument bon marché lise souvent juste becs fermés et dérive à mesure que l’on avance le long de la règle. Achetez-en un livré avec un certificat d’étalonnage raccordé, et contrôlez-le sur une cale étalon plutôt que de faire confiance à l’étiquette.