Erreur d’observation

Etalonnage imparfaitModification

Les sources d’erreur systématique peuvent être un étalonnage imparfait des instruments de mesure (erreur nulle), des changements dans l’environnement qui interfèrent avec le processus de mesure et parfois des méthodes d’observation imparfaites peuvent être une erreur nulle ou une erreur en pourcentage. Prenons l’exemple d’un expérimentateur qui relève la période de temps d’un pendule se balançant devant un point de repère : Si son chronomètre ou sa minuterie démarre à une seconde, tous ses résultats seront différents d’une seconde (erreur nulle). Si l’expérimentateur répète cette expérience vingt fois (en commençant à 1 seconde à chaque fois), alors il y aura un pourcentage d’erreur dans la moyenne calculée de ses résultats ; le résultat final sera légèrement supérieur à la période réelle.

La distance mesurée par radar sera systématiquement surestimée si le léger ralentissement des ondes dans l’air n’est pas pris en compte. Une mise à zéro incorrecte d’un instrument conduisant à une erreur de zéro est un exemple d’erreur systématique dans l’instrumentation.

Des erreurs systématiques peuvent également être présentes dans le résultat d’une estimation basée sur un modèle mathématique ou une loi physique. Par exemple, la fréquence d’oscillation estimée d’un pendule sera systématiquement erronée si un léger mouvement du support n’est pas pris en compte.

QuantitéEdit

Les erreurs systématiques peuvent être soit constantes, soit liées (par exemple proportionnelles ou un pourcentage) à la valeur réelle de la quantité mesurée, ou même à la valeur d’une quantité différente (la lecture d’une règle peut être affectée par la température ambiante). Lorsqu’elle est constante, elle est simplement due à une mise à zéro incorrecte de l’instrument. Lorsqu’elle n’est pas constante, elle peut changer de signe. Par exemple, si un thermomètre est affecté d’une erreur systématique proportionnelle égale à 2% de la température réelle, et que la température réelle est de 200°, 0° ou -100°, la température mesurée sera respectivement de 204° (erreur systématique = +4°), 0° (erreur systématique nulle) ou -102° (erreur systématique = -2°). Ainsi, la température sera surestimée quand elle sera supérieure à zéro, et sous-estimée quand elle sera inférieure à zéro.

DriftEdit

Les erreurs systématiques qui changent au cours d’une expérience (dérive) sont plus faciles à détecter. Les mesures indiquent des tendances avec le temps plutôt que de varier aléatoirement autour d’une moyenne. La dérive est évidente si une mesure d’une quantité constante est répétée plusieurs fois et que les mesures dérivent dans un sens au cours de l’expérience. Si la mesure suivante est supérieure à la précédente, comme cela peut se produire si un instrument se réchauffe pendant l’expérience, la quantité mesurée est variable et il est possible de détecter une dérive en vérifiant la lecture du zéro pendant l’expérience ainsi qu’au début de l’expérience (en effet, la lecture du zéro est une mesure d’une quantité constante). Si la lecture du zéro est constamment au-dessus ou au-dessous de zéro, il y a une erreur systématique. Si celle-ci ne peut pas être éliminée, potentiellement en réinitialisant l’instrument immédiatement avant l’expérience, alors il faut l’autoriser en soustrayant sa valeur (éventuellement variable dans le temps) des relevés, et en la prenant en compte lors de l’évaluation de la précision de la mesure.

Si aucune tendance dans une série de mesures répétées n’est évidente, la présence d’erreurs systématiques fixes ne peut être trouvée que si les mesures sont vérifiées, soit en mesurant une quantité connue, soit en comparant les relevés avec des relevés effectués à l’aide d’un appareil différent, connu pour être plus précis. Par exemple, si vous pensez au chronométrage d’un pendule à l’aide d’un chronomètre précis à plusieurs reprises, vous obtenez des lectures distribuées aléatoirement autour de la moyenne. On peut espérer qu’il y ait une erreur systématique si le chronomètre est comparé à l' »horloge parlante » du système téléphonique et qu’on constate qu’il tourne lentement ou rapidement. Il est clair que les chronométrages du pendule doivent être corrigés en fonction de la rapidité ou de la lenteur avec laquelle le chronomètre a été trouvé.

Les instruments de mesure tels que les ampèremètres et les voltmètres doivent être vérifiés périodiquement par rapport à des normes connues.

Les erreurs systématiques peuvent également être détectées en mesurant des quantités déjà connues. Par exemple, un spectromètre équipé d’un réseau de diffraction peut être vérifié en l’utilisant pour mesurer la longueur d’onde des lignes D du spectre électromagnétique du sodium qui sont à 600 nm et 589,6 nm. Les mesures peuvent être utilisées pour déterminer le nombre de lignes par millimètre du réseau de diffraction, qui peut ensuite être utilisé pour mesurer la longueur d’onde de n’importe quelle autre ligne spectrale.

Les erreurs systématiques constantes sont très difficiles à traiter car leurs effets ne sont observables que si elles peuvent être supprimées. De telles erreurs ne peuvent pas être supprimées en répétant les mesures ou en faisant la moyenne d’un grand nombre de résultats. Une méthode courante pour éliminer l’erreur systématique consiste à calibrer l’instrument de mesure.