Le NIST est fréquemment invité à fournir des informations inhabituelles, parfois carrément exotique, mesures et étalonnages à l'appui du commerce américain. Mais même les anciens du Fluid Metrology Group ont été surpris l'automne dernier lorsqu'ils ont été appelés dans un différend sur les paramètres de la sève d'érable.

Le problème était la précision des hydromètres, des instruments qui mesurent la densité des liquides, utilisés dans la légendaire industrie des produits de l'érable du Vermont pour déterminer la teneur en sucre de la sève extraite des arbres chaque printemps, puis réduite pour faire du sirop d'érable. Tous les hydromètres utilisés dans l'industrie doivent être inspectés et approuvés par l'État. Entre 2012 et 2016, l'Agence de l'agriculture du Vermont, Food &Markets (AAF&M) testé 39, 241 d'entre eux.

Les mesures de sucre dans la sève sont d'une importance cruciale pour l'entreprise. Il faut environ 43 gallons de sève contenant 2% de saccharose pour faire un gallon de sirop d'érable, mais seulement environ 22 gallons pour la sève avec une teneur en sucre de 4%. Ainsi, même un petit écart peut avoir un impact important sur la valeur de la sève et sur les recettes suivies par les fabricants de sirop et autres produits de l'érable. Les produits de l'érable sont une composante majeure de l'économie du Vermont. En 2013, l'industrie acéricole de l'État « a contribué entre 317 et 330 millions de dollars de ventes à l'État du Vermont, " selon une étude de 2015. Le Vermont représente environ 42 % de toute la production de produits de l'érable aux États-Unis.

Le Vermont teste des hydromètres fabriqués dans divers États ainsi que dans des pays étrangers. L'implication du NIST a commencé après qu'un fabricant a envoyé un hydromètre à sève à l'AAF&M pour étalonnage. L'agence a testé l'instrument et a jugé qu'il était hors tolérance par rapport à la norme de référence du Vermont. Le fabricant n'était pas d'accord. Les deux parties, indépendamment, s'est tourné vers le NIST.

"Nous avons servi, en effet, comme arbitre, " dit John Wright, Chef de projet pour les mesures de débit au laboratoire de mesures physiques du NIST. Le fabricant a envoyé son hydromètre au NIST; L'AAFM a envoyé un hydromètre étalon de référence. Les deux étaient basés sur l'échelle Brix, qui a été utilisé pendant deux siècles pour mesurer la teneur en sucre des solutions aqueuses. Il est utilisé dans le vin, boisson non-alcoolisée, jus, et industries connexes. Mais non, comme il s'avère, par les clients types du Groupe de Métrologie des Fluides.

"Je suis au NIST depuis 17 ans, " dit Sherry Sheckels, membre du groupe, "et je n'avais jamais vu d'hydromètre Brix." Wright non plus. Il n'y avait pas non plus beaucoup d'aide dans la littérature scientifique. Vrai, il y avait des tables canoniques - compilées par le prédécesseur du NIST, le National Bureau of Standards — datant de 1924 pour la densité des solutions de sucre de canne à 20 °C (68 °F), mais à aucune autre température.

Cependant, l'industrie acéricole utilise 3,33 °C (38 °F) comme température de référence. « La température de référence des aréomètres à sève est propre à l'hydrométrie et à l'industrie acéricole, " raconte Marc Paquette d'AAF&M. L'agence avait essayé de trouver un laboratoire qui pourrait calibrer son densimètre de sève Brix, mais personne ne pouvait le faire.

"L'un des problèmes était la température de référence, " dit Paquette. " La plupart des hydromètres sont calibrés à une température de référence de 60 °F ou 68 °F (20 °C). Mais la sève d'érable est récoltée au début du printemps lorsque les températures sont basses, souvent légèrement au-dessus de zéro. Nous n'avons pas pu trouver de laboratoire capable de s'adapter au changement de température de référence."

La température est un facteur clé car la dilatation ou la contraction thermique affecte à la fois la densité du fluide et les dimensions de l'hydromètre. Ces effets doivent être pris en compte, de même que les forces exercées sur la tige de l'hydromètre par la tension superficielle du fluide et le fait que l'hydromètre a une petite mais importante flottabilité dans l'air.

Le NIST utilise la méthode de Cuckow pour étalonner les hydromètres, mesurer le poids de l'hydromètre du client, une fois dans l'air et de nouveau lorsqu'il est suspendu au niveau de l'échelle de tige d'intérêt dans un liquide de densité bien connue. Cependant, il est nécessaire de rapporter la densité mesurée dans l'appareil du NIST vers 20 °C à la densité sur l'échelle Brix à la température de référence de 3,33 °C.

Pour établir la connexion NIST-Brix, Wright et Sheckels ont préparé des solutions de sucre à 3 % et 6 % de saccharose (avec une incertitude inférieure à 0,001 % en poids) et ont mesuré leur densité jusqu'à 3,33 °C. Leurs données ont confirmé les tables de densité publiées à moins de 50 parties par million. Pour valider davantage les résultats de l'étalonnage NIST, les densimètres des clients ont également été testés (avec les corrections NIST) dans les solutions réfrigérées de saccharose à 3 % et 6 %. Ces tests ont confirmé l'étalonnage de l'appareil de Cuckow.

"Nous avons calibré ces deux hydromètres et montré que la référence utilisée par le Vermont était correcte, " dit Wright. " Et nous avons expliqué au fabricant comment prendre en compte correctement la température de référence de 3,33 °C. Après avoir déterminé ce qu'un étalonnage correct était requis, nous avons éduqué nos clients."

Ni Paquette ni les fabricants d'hydromètres ne connaissaient les méthodes d'essai du NIST. Mais « ils ont fait un test exhaustif de l'instrument avec un budget d'incertitude impressionnant, " dit Paquette. " Cela nous a également donné l'occasion de revoir notre processus de test et d'intégrer la norme dans ce processus. "

Les effets se feront sentir au-delà de l'État du Vermont et d'un fabricant :Pennsylvanie, New York, Wisconsin, Indiana, Connecticut, et Michigan. Ainsi, un seul étalonnage d'hydromètre NIST est exploité par près de 10, 000 tests hydrométriques à sève d'érable par année effectués par les laboratoires de l'État, assurer un commerce équitable et des produits de qualité pour une industrie de 700 millions de dollars par an.