Variabilité d'une mesure

En sciences, la mesure d'une grandeur est une pratique indissociable de l'expérimentation. Elle est présente dans tous les champs de la physique et la chimie : on parle bien de sciences expérimentales.

Mesurer une grandeur, c'est en déterminer la valeur avec une méthode (appareil, opérateur, conditions opératoires, etc.). Cette valeur n'a de sens et ne peut être utilisée pleinement que si on lui associe son incertitude de mesure. En effet, toute mesure est, par nature, variable. Le résultat de plusieurs prises de valeur de pH d'une solution, par exemple, conduit à un ensemble de valeurs proches – mais pas forcément identiques, même pour des appareils étalonnés et de mêmes modèles. C'est l'ensemble des résultats de tous ces relevés qui constituent en réalité la mesure.

Ci-dessous, les résultats de la mesure d'une même masse par trois balances différentes

L'un des outils graphiques permettant de mettre en évidence cette variabilité est l'histogramme. Cette représentation en colonne représente en abscisses un intervalle de valeurs et en ordonnées le nombre de valeurs obtenues dans cet intervalle.

Ci-dessous, des élèves ont mesuré la conductivité (en `"µS"\cdot"cm"^-1`) d'une solution de sérum physiologique, après l'avoir diluée. La répartition des résultats est la suivante.

Cet histogramme rend compte d'une certaine dispersion des résultats. On se rend bien compte qu'il serait illusoire de donner ou choisir une unique valeur comme étant LE résultat de cette mesure (issus de plusieurs prises de valeurs).

Plus l'histogramme est large, plus la dispersion est grande. C'est donc une première approche de l'incertitude associée à l'expérience réalisée.

Ici, si la mesure avait été réalisée directement sur la même solution (sans dilution préalable par chaque élève), on aurait également observé une variabilité dans la mesure, vraisemblablement plus faible : l'histogramme aurait ainsi été plus resserré.

Attention, une mesure est toujours associée à une incertitude ; ce n'est pas pour autant qu'elle est fausse. La notion d'incertitude ne doit pas être confondue avec celle d'erreur de mesure, il s'agit de deux choses différentes.