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.