La différence entre l'incertitude de mesure et l'erreur de mesure

L'incertitude et l'erreur de mesure sont des notions fondamentales en métrologie, et figurent parmi les concepts importants fréquemment utilisés par les contrôleurs métrologiques. Elles sont directement liées à la fiabilité des résultats de mesure ainsi qu'à la précision et à la cohérence de la transmission des valeurs. Cependant, une confusion ou une utilisation erronée de ces deux concepts est fréquente. Cet article, s'appuyant sur l'étude de l'« Évaluation et l'expression de l'incertitude de mesure », met en lumière les différences entre ces deux notions. Il convient tout d'abord de clarifier la différence conceptuelle entre incertitude et erreur de mesure.

L'incertitude de mesure caractérise l'évaluation de l'intervalle de valeurs dans lequel se situe la valeur réelle de la valeur mesurée.Elle indique l'intervalle dans lequel la valeur réelle peut se situer avec un certain niveau de confiance. Il peut s'agir de l'écart type ou de ses multiples, ou encore de la demi-largeur de l'intervalle, qui représente le niveau de confiance. Ce n'est pas l'erreur réelle précise, mais elle exprime quantitativement la part de l'erreur qui ne peut être corrigée par des paramètres. Elle résulte de la correction imparfaite des effets accidentels et systématiques et constitue un paramètre de dispersion utilisé pour caractériser les valeurs mesurées qui sont raisonnablement attribuées. L'incertitude est divisée en deux types de composantes d'évaluation, A et B, selon la méthode utilisée pour les obtenir. La composante d'évaluation de type A correspond à l'évaluation de l'incertitude par l'analyse statistique des séries d'observations, tandis que la composante d'évaluation de type B est estimée à partir de l'expérience ou d'autres informations, en supposant l'existence d'une composante d'incertitude représentée par un « écart type » approximatif.

Dans la plupart des cas, l'erreur fait référence à une erreur de mesure, et sa définition traditionnelle est la différence entre le résultat de la mesure et la valeur réelle de la valeur mesurée.On distingue généralement deux catégories d'erreurs : les erreurs systématiques et les erreurs accidentelles. L'erreur existe objectivement et devrait avoir une valeur définie. Cependant, comme la valeur réelle est inconnue dans la plupart des cas, l'erreur exacte ne peut être déterminée. On recherche donc la meilleure approximation de la valeur de vérité dans certaines conditions, que l'on appelle valeur de vérité conventionnelle.

La compréhension de ce concept nous permet de constater qu'il existe principalement les différences suivantes entre l'incertitude de mesure et l'erreur de mesure :

1. Différences dans les objectifs de l'évaluation :

L'incertitude de mesure vise à indiquer la dispersion de la valeur mesurée ;

L'erreur de mesure a pour but d'indiquer dans quelle mesure les résultats de la mesure s'écartent de la valeur réelle.

2. La différence entre les résultats de l'évaluation :

L'incertitude de mesure est un paramètre non signé exprimé par l'écart type ou des multiples de l'écart type ou la demi-largeur de l'intervalle de confiance. Elle est évaluée par des personnes sur la base d'informations telles que des expériences, des données et l'expérience. Elle peut être déterminée quantitativement par deux types de méthodes d'évaluation, A et B.

L'erreur de mesure est une valeur positive ou négative. Elle correspond à la différence entre le résultat de la mesure et la valeur réelle mesurée. Cette dernière étant inconnue, il est impossible de l'obtenir avec précision. Si l'on utilise une valeur de référence conventionnelle à la place de la valeur réelle, on ne peut obtenir qu'une estimation.

3. La différence des facteurs d'influence :

L'incertitude de mesure est obtenue par les personnes grâce à l'analyse et à l'évaluation, elle est donc liée à la compréhension que les personnes ont du mesurande, influençant la quantité et le processus de mesure ;

Les erreurs de mesure existent objectivement, ne sont pas affectées par des facteurs externes et ne changent pas en fonction de la compréhension des personnes ;

Par conséquent, lors d'une analyse d'incertitude, il convient de prendre pleinement en compte divers facteurs d'influence et de vérifier l'évaluation de l'incertitude. À défaut, une analyse et une estimation insuffisantes peuvent conduire à une incertitude estimée élevée alors que le résultat de la mesure est très proche de la valeur réelle (c'est-à-dire que l'erreur est faible), ou à une incertitude très faible alors que l'erreur de mesure est en réalité importante.

4. Différences par nature :

Il est généralement inutile de distinguer les propriétés de l'incertitude de mesure et des composantes d'incertitude. Si une distinction s'avère nécessaire, elle doit être exprimée comme suit : « composantes d'incertitude introduites par des effets aléatoires » et « composantes d'incertitude introduites par des effets systémiques ».

Les erreurs de mesure peuvent être classées en erreurs aléatoires et erreurs systématiques selon leurs propriétés. Par définition, les erreurs aléatoires et les erreurs systématiques sont des concepts idéaux dans le cas d'une infinité de mesures.

5. La différence entre la correction des résultats de mesure :

Le terme « incertitude » implique une valeur estimable. Il ne désigne pas une erreur précise et exacte. Bien qu'elle puisse être estimée, elle ne peut servir à corriger la valeur. L'incertitude introduite par des corrections imparfaites ne peut être prise en compte que dans l'incertitude des résultats de mesure corrigés.

Si la valeur estimée de l'erreur du système est connue, le résultat de la mesure peut être corrigé pour obtenir le résultat de mesure corrigé.

Après correction, une grandeur peut se rapprocher de la valeur réelle, mais son incertitude non seulement ne diminue pas, mais peut même augmenter. Cela s'explique principalement par le fait que nous ne pouvons connaître la valeur réelle avec exactitude, mais seulement estimer l'écart entre les résultats de mesure et cette valeur.

Bien que l'incertitude et l'erreur de mesure présentent les différences mentionnées ci-dessus, elles restent étroitement liées. Le concept d'incertitude est une application et un approfondissement de la théorie des erreurs, et l'analyse des erreurs constitue toujours le fondement théorique de l'évaluation de l'incertitude de mesure, notamment pour l'estimation des composants de type B, où elle est indissociable. Par exemple, les caractéristiques des instruments de mesure peuvent être décrites en termes d'erreur maximale admissible, d'erreur d'indication, etc. La valeur limite de l'erreur admissible d'un instrument de mesure, spécifiée dans ses spécifications techniques et réglementaires, est appelée « erreur maximale admissible » ou « limite d'erreur admissible ». Il s'agit de la plage d'erreur d'indication admissible spécifiée par le fabricant pour un type d'instrument donné, et non de l'erreur réelle de cet instrument. L'erreur maximale admissible d'un instrument de mesure figure dans son manuel d'utilisation et est généralement exprimée par un signe plus ou moins lorsqu'elle est exprimée sous forme numérique. Elle correspond généralement à une erreur absolue, une erreur relative, une erreur de référence ou une combinaison de ces erreurs. Par exemple, ±0,1 PV, ±1 %, etc. L'erreur maximale admissible de l'instrument de mesure ne correspond pas à l'incertitude de mesure, mais elle peut servir de base à son évaluation. L'incertitude introduite par l'instrument de mesure dans le résultat de mesure peut être évaluée en fonction de son erreur maximale admissible, selon la méthode d'évaluation de type B. Autre exemple : la différence entre la valeur indiquée par l'instrument de mesure et la valeur vraie convenue de l'entrée correspondante, qui constitue l'erreur d'indication de l'instrument. Pour les instruments de mesure physiques, la valeur indiquée est leur valeur nominale. Généralement, la valeur fournie ou reproduite par un étalon de mesure de niveau supérieur est utilisée comme valeur vraie convenue (souvent appelée valeur d'étalonnage ou valeur de référence). Lors de la vérification, si l'incertitude élargie de la valeur de référence fournie par l'étalon de mesure est comprise entre 1/3 et 1/10 de l'erreur maximale admissible de l'instrument testé, et si l'erreur d'indication de l'instrument testé est inférieure à l'erreur maximale admissible spécifiée, l'instrument est jugé conforme.