1.9: Incertitude de mesure : exactitude et précision

Les scientifiques font généralement plusieurs mesures répétées d'une grandeur pour assurer la qualité de leurs résultats et pour évaluer à la fois la précision et l'exactitude de leurs résultats. On dit que les mesures sont précises si elles donnent des résultats très similaires lorsqu'elles sont répétées de la même manière. Une mesure est considérée comme exacte si elle produit un résultat très proche de la vraie valeur ou la valeur acceptée. Les valeurs précises sont en accord les unes avec les autres ; les valeurs exactes sont en accord avec une vraie valeur.  

Supposons qu'un chimiste spécialiste du contrôle qualité d'une entreprise pharmaceutique soit chargé de vérifier l'exactitude et la précision de trois machines différentes, destinées à distribuer 500 ml de sirop contre la toux dans des flacons de stockage. Le chimiste utilise chaque machine pour remplir cinq bouteilles, puis détermine avec soin le volume réel distribué, comme indiqué dans le tableau 1.

Compte tenu de ces résultats, le chimiste a signalé que le distributeur n° 1 est précis mais pas exact. Toutes les valeurs de la distribution n° 1 sont proches les une des autres, mais aucune des valeurs n'est proche de la valeur cible de 500 ml. Les résultats pour le distributeur n° 2 ont montré une plus grande exactitude (les valeurs sont proches de 500 ml) mais une plus mauvaise précision (pas proches les unes des autres). Enfin, le chimiste a signalé que le distributeur n° 3 fonctionne bien et qu'il distribue le sirop contre la toux avec exactitude (tous les volumes se situent à moins de 0,2 ml du volume cible) et avec précision (les volumes ne diffèrent pas les uns des autres de plus de 0,2 ml).

Des mesures d'une grande exactitude ont également tendance à être précises. Toutefois, des mesures très précises ne sont pas nécessairement exactes. Par exemple, un thermomètre mal étalonné ou une balance de pesage défectueuse peuvent donner des relevés précis qui sont inexacts.

Erreurs aléatoires et systématiques

Les scientifiques font toujours de leur mieux pour relever des mesures d'une grande exactitude avec la plus grande précision. Cependant, des erreurs se produisent parfois. Ces erreurs peuvent être aléatoires ou systématiques.

Des erreurs aléatoires sont observées en raison de l'incohérence ou de la fluctuation du processus de mesure ou des variations de la quantité elle-même mesurée. De telles erreurs fluctuent de trop haut ou trop bas par rapport à la valeur réelle dans les mesures qui sont répétées. Prenons l'exemple d'un scientifique qui mesure la longueur d'un ver de terre à l'aide d'une règle. Une erreur aléatoire dans ce processus de mesure peut être le résultat d'une incohérence dans la méthode utilisée par le scientifique pour lire les échelles, ou si le ver de terre n'est pas immobile et les mouvements de son corps peuvent poser de la difficulté à prendre des mesures de longueur correctes. Une erreur aléatoire ne peut pas être évitée ; cependant, elle peut être compensée grâce à des essais répétés.

Les erreurs systématiques proviennent d'un problème persistant et entraînent un écart constant dans les mesures. Ces erreurs ont tendance à être systématiquement soit trop élevées soit trop faibles par rapport à la valeur réelle. Celles-ci sont prévisibles et sont essentiellement de nature instrumentale. Par exemple, une balance mal étalonnée peut peser de manière constante les objets plus lourds que leur valeur réelle. Cependant, contrairement à l'erreur aléatoire, les erreurs systémiques ne peuvent pas être compensées par des mesures répétées.

Ce texte est adapté d' Openstax, Chemistry 2e, Section 1.5 : Incertitude, exactitude et précision de la mesure.

Les scientifiques font des mesures répétées d'une quantité lors de l'expérimentation pour s'assurer que leurs résultats sont exacts et précis. La précision d'une mesure est le degré de la proximité des résultats avec la valeur vraie ou acceptée. Prenons l'exemple de deux étudiants, A et B, qui ont pesé à plusieurs reprises un lingot d'or connu pour avoir une vraie masse de 10 grammes.

L'élève A a rapporté trois valeurs 9, 5 grammes, 10 grammes et 10, 5 grammes, tandis que l'élève B a rapporté des masses de 8, 5 grammes, 8, 6 grammes et 8, 5 grammes. L'élève A a rapporté des valeurs plus proches de la masse réelle de la barre par rapport à l'élève B.Ainsi les mesures par l'étudiant A étaient, par conséquent, plus précis"La précision, en revanche, est la mesure du degré de concordance des résultats, ou à quel point ils sont reproductibles. Une mesure est dite précise s'il donne des résultats très similaires lorsqu'il est répété dans les mêmes conditions.

Par exemple, les valeurs de la masse du lingot d'or indiquées par l'élève B étaient très similaires les uns aux autres, par rapport à l'étudiant A.C'est précision"L'exactitude et la précision sont deux qualités distinctes de mesures indépendantes les unes des autres. Ainsi, un ensemble particulier de mesures peuvent être exacts ou précis, ou ni l'un ni l'autre, ou les deux. Les mesures de la masse du lingot d'or par l'élève A étaient plus exactes, proches de la valeur réelle de 10 grammes, mais pas précis, car ils n'étaient pas proches les uns des autres.

Au contraire, les mesures de l'élève B étaient précis, mais pas exacts. Les valeurs très exactes ont également tendance à être précises. Comme une balance montrant vrai ou proche à de vraies masses pour tous les objets, à plusieurs reprises.

Cependant, des mesures très précises peuvent ne pas être nécessairement exactes si la même balance est mal calibrée, il peut donner des lectures précises mais inexactes. Cela peut conduire à des erreurs scientifiques. Les erreurs dans le processus de mesure sont un problème courant.

Ces erreurs peuvent être classées en deux catégories aléatoires et systématiques. Les erreurs aléatoires sont le résultat d'une incohérence dans la mesure processus ou variations de la quantité mesurée. Celles-ci se traduisent par des fluctuations, trop fortes ou trop faibles, autour de la vraie valeur.

Considérez un scientifique mesurer la longueur d'un ver de terre à l'aide d'un pied à coulisse. L'incohérence du scientifique à lire correctement les échelles, ou mouvement corporel continu du ver de terre pendant la mesure, peut entraîner une longueur incorrecte des mesures. Les erreurs aléatoires ne peuvent cependant pas être évitées il peuvent être calculés en moyenne par des essais répétés.

Les erreurs systématiques sont le résultat d'un problème persistant et conduit à un écart constant dans la mesure. Ces erreurs ont tendance à être soit trop élevées, soit trop faibles par rapport à la vraie valeur. Par exemple, les poids mesurés en utilisant une balance de pesée mal calibrée.

Ce sont prévisibles et principalement liés aux instruments. Cependant, contrairement à l'erreur aléatoire, elle ne peut pas être moyennée avec mesure répétée.