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Incertitudes expérimentales
A2CFrançois-Xavier BALLY
"J4O6"6@C3FD:6CF36CG:==:6CD
6EJean-Marc BERROIR
L4@=6?@C>2=6DFAOC:6FC6&2C:D
SU
Cet article s’intéresse aux problèmes liés à l’évaluation des incertitudes expéri-
mentales que l’on peut rencontrer lors d’une séance de travaux pratiques, dans l’ensei-
gnement secondaire, en classes préparatoires ou à l’université. Issu d’un enseignement
en préparation à l’agrégation de physique, il est davantage centré sur la pratique que
sur des considérations théoriques. Les points suivants sont abordés : définition de l’in-
certitude expérimentale, étude statistique, propagation des incertitudes, modélisation et
vérification d’une loi physique. De nombreux exemples pratiques sont présentés.
INTRODUCTION
"2?@E:@?5^:?46CE:EF566DE6DD6?E:6==652?D=25O>2C4966IAOC:>6?E2=6)2?D6==6@?
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F?6=@:A9JD:BF66E2CE:4=6G:D6M7@FC?:C=6D@FE:=D?O46DD2:C6DM=^2?2=JD656CODF=E2ED
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CO6D ?7:? @? 23@C56 =6 AC@3=P>6 56 =2 >@5O=:D2E:@? 6E 56 =2 GOC:7:42E:@? 5^F?6 =@:
A9JD:BF6%?7@FC?:E=6D@FE:=D?O46DD2:C6DMF?62AAC@496BF2?E:E2E:G65646AC@3=P>6
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1. ERREUR ET INCERTITUDE
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C6FCD2F=:6F5642=4F=D5^:?46CE:EF56D
1.1. Erreurs
1.1.1. Définition de l’erreur
"@CD56=2>6DFC65^F?68C2?56FCA9JD:BF6x=^6CC6FC6DE=25:77OC6?466?EC6=2G2=6FC
U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E 
?46CE:EF56D6IAOC:>6?E2=6D Le Bup ?V 
>6DFCO6x6E=2G2=6FCGC2:6XLa valeur vraie est en ral inconnue AF:DBF^@?=2496C496
1.1.2. Erreurs aléatoires et erreurs systématiques
1.1.2.1. Erreurs aléatoires
"@CDBF^@?>6DFC6 =2 AOC:@565^@D4:==2E:@?5^F? A6?5F=6 6?@AOC2?E 2G64 F?49C@
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>6?E5:77OC6?ED5FDDFCE@FE2FIC6E2C5D565O4=6?496>6?EBF:G@?ECO5F:C6@F244C@REC6
=2G2=6FC56=2AOC:@56DF:G2?EBF^:=D@?E=:6F2F5O3FE@FM=27:?56=2>6DFC66A9O?@
>P?6D6C25OE64EOA2CF?6OEF56DE2E:DE:BF6%?A2C=65^6CC6FC2=O2E@:C6"6CODF=E2E56=2
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GC2:652?D=642D5^6CC6FCDAFC6>6?E2=O2E@:C6D
1.1.2.2. Erreurs systématiques
)FAA@D@?D>2:?E6?2?EBF^@?>6DFC6=2AOC:@565^@D4:==2E:@?5^F?A6?5F=62G64F?
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?6G2C:6A2D52?D56D4@?5:E:@?D56>6DFC6COAOEO6D&=FD8O?OC2=6>6?E=6D6CC6FCDDJDEO
>2E:BF6D@?E56D@C:8:?6D5:G6CD6D 
®CC6FC5^OE2=@??286
Exemple :#""!$ 2EC@FGOF?6G2=6FC:?6I24E656=2492C8656=^O=64EC@?A2C46BF^:=
2G2:EAC:DF?6G2=6FC72FDD656=2G:D4@D:EO56=^2:C
®%F3=:5^F?A2C2>PEC6
Exemple :?7=F6?4656 =2 E6>AOC2EFC6 DFC =2G:E6DD65FD@?D:@??6ACO4:D6A2D=2
E6>AOC2EFC6:=6DE:>A@DD:3=6564@>A2C6C=2>6DFC6MF?6G2=6FC56CO7OC6?46
®&C@4O5FC66CC@?O6
Exemple :#6DFC65^F?6COD:DE2?46D2?DE6?:C4@>AE656DCOD:DE2?46D56=^2>APC6>PEC6
6E5FG@=E>PEC6Z
"6D6CC6FCDDJDEO>2E:BF6DD@?E5:77:4:=6DM5OE64E6Ca priori>2:DF?67@:D5OE64EO6D
@?A6FED@FG6?E=6D4@CC:86CA2C6I6>A=66?E6?2?E4@>AE656DCOD:DE2?46D56=^2>
APC6>PEC66E5FG@=E>PEC6=@CD56=2>6DFC65^F?6COD:DE2?46
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A2CF?62?2=@8:62G64F?E:CDFC4:3=6cf7:8FC6A2864:4@?EC6=646?EC656=24:3=6
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DJDEO>2E:BF6 
] D:=6D:>A24EDD@?EECPDOE2=OD>2:D46?ECOD6?>@J6??6DFC=24:3=6 7@CE6D6CC6FCD
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U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E
 &@FCD:>A=:7:6C=6D?@E2E:@?D52?DE@FE6=2DF:E6@?5OD:8?6A2C=2>Q>6=6EEC6x=28C2?56FCA9JD:BF66ED2
G2=6FC>6DFCO6
 6DC2AA6=DO=O>6?E2:C6D56DE2E:DE:BF6DD@?EACOD6?EOD6?2??6I6
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6CC6FCDJDEO>2E:BF6 
] D:=6D:>A24EDD@?EOE2=OD6E=@:?5F46?EC6 7@CE6D6CC6FCD2=O2E@:C6D6E7@CE66CC6FC
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4@??2REA2D=646?EC656=24:3=6 
Un exemple plus complexe :): @? >6DFC6 F?6 5:DE2?46 2G64 F?6 CP8=6 6? >OE2=
D@FA=6=27=6I:@?56=2CP8=6 G2 :?EC@5F:C6 F?6 6CC6FCDJDEO>2E:BF6=25:DE2?46=F66DE
E@F;@FCDEC@A8C2?566E2=O2E@:C6=27=6I:@?56=2CP8=66DEG2C:23=6
1.2. Incertitude
"^:?46CE:EF56 EC25F:E =6D E6?E2E:G6D D4:6?E:7:BF6D A@FC 6DE:>6C =^:>A@CE2?46 56
=^6CC6FC2=O2E@:C6 4@>>:D6 ? 23D6?46 5^6CC6FCDJDEO>2E:BF6 6==6 5O7:?:E F? :?E6CG2==6
2FE@FC56=2G2=6FC>6DFCO6BF::?4=FE=2G2=6FCGC2:62G64F??:G62F564@?7:2?465OE6C
>:?O"25OE6C>:?2E:@?56=^:?46CE:EF56?^6DEA2DD:>A=6a priori%?C6?4@?EC66?AC2E:
BF656FID:EF2E:@?D 
®est évalué statistiquement : on parle alors d’évaluation de type A de l’incerti-
tude
%?496C49652?D4642DM42C24EOC:D6C=25:DEC:3FE:@?56AC@323:=:EO56DG2=6FCD56x
6?OG2=F2?E=6>:6FIA@DD:3=6=2G2=6FC>@J6??66E=^O42CEEJA65646EE65:DEC:3FE:@?
64: D6 72:E A2C =^2?2=JD6 DE2E:DE:BF6 5^F? 6?D6>3=6 56 >6DFC6D 56 x ACOD6?EO6 6?
5OE2:=2FA2C28C2A96?=^23D6?465^6CC6FCDJDEO>2E:BF6=^6DE:>2E:@?56=2G2=6FC
>@J6??66DE=2>6:==6FC66DE:>2E:@?56=2G2=6FCGC2:6XE2?5:DBF6=^:?46CE:EF56 
5:C64E6>6?EC6=:O6M=^6DE:>2E:@?56=^O42CEEJA656=25:DEC:3FE:@?5O7:?:EF?:?E6CG2==6
52?D =6BF6= =2 G2=6FC GC2:6 56 XD6 EC@FG6 2G64 F? ?:G62F 56 4@?7:2?46 4@??F %?
49@:D:E=6A=FDD@FG6?E4@>>6:?46CE:EF56=^6DE:>2E:@?56=^O42CEEJA656=25:DEC:3F
E:@?%?A2C=62=@CD5^incertitude-type
®est évalué par d’autres moyens : on parle alors d’évaluation de type B de l’in-
certitude
):@??65:DA@D6A2D5FE6>AD?O46DD2:C6A@FC72:C6F?6DOC:656>6DFC6D@?6DE:>6
MA2CE:C56DDAO4:7:42E:@?D56D2AA2C6:=D56>6DFC6D6E56D4@?5:E:@?D6IAOC:>6?E2=6D
Exemple 1 :2?DF?66IAOC:6?465^:?E6C7OC6?46D2G64=6D76?E6D5^/@F?8@?>6DFC6
xδ
xδ
xδ
xδ
xδ
U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E 
Figure 1 : (S=6DC6DA64E:7D56D6CC6FCD2=O2E@:C6D6EDJDEO>2E:BF6D
?46CE:EF56D6IAOC:>6?E2=6D Le Bup ?V 
=25:DE2?46d56=^@C5C65F>PEC66?EC6=6D3:76?E6D6E=^O4C2?2G64F?6CP8=68C25FO6
6?46?E:>PEC6D%?6DE:>62=@CD8O?OC2=6>6?E=^:?46CE:EF56EJA6 DFC=2>6DFC6M
56 8C25F2E:@?  E D: @? FE:=:D6 F?6 CP8=6 8C25FO6 6? >:==:>PEC6D  O4:56C 5^F?6
:?46CE:EF56EJA6 O82=6 M  >> D6C2:E :==FD@:C6 6? 6776E 2F 7FC 6E M >6DFC6 BF6 =2
ACO4:D:@?5^277:4928656=^:?DECF>6?E2F8>6?E6:=72FE244C@REC6=^2?2=JD656D42FD6D
5^6CC6FC:?D:52?D=642DACOD6?E=2A@D:E:@?56=23:76?E6A=24O652?DD@?DFAA@CE6DE
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C6AOC6CM=^O496==65F46?E:>PEC6
Exemple 2 - Utilisation d’un voltmètre numérique : ? @FGC2?E =2 ?@E:46 5^F? G@=E
>PEC6?F>OC:BF6@?EC@FG6EJA:BF6>6?E=6D:?5:42E:@?DDF:G2?E6D =2ACO4:D:@?D56
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4@?D:5OC6CBF6=^:?5:42E:@?5@??O6A2C=6723C:42?E256FI@C:8:?6D 
] 6==6BF:AC@G:6?E5^F?66CC6FC5642=:3C286G2C:23=65^F?2AA2C6:=M=^2FEC65^F?
42=:3C6M=^2FEC6Z6EE66CC6FC6DEDJDEO>2E:BF6BF2?5@?FE:=:D6=6>Q>642=:3C6
5^F? >Q>6 2AA2C6:= ==6 56G:6?E 2=O2E@:C6 BF2?5 @? FE:=:D6 A=FD:6FCD 42=:3C6D @F
A=FD:6FCD2AA2C6:=D>Q>656>@5P=6D:56?E:BF6D==66DE6DD6?E:6==6>6?EACOD6?E6
52?D=6DW  56=2G2=6FC=F6
] 6==6 BF: AC@G:6?E 5^6CC6FCD 2=O2E@:C6D 3CF:EZ ==6 6DE 6DD6?E:6==6>6?E ACOD6?E6
52?D=6DW 7@:D=656C?:6C5:8:E
&@FCOG2=F6C=^:?46CE:EF56EJA6DFCF?6>6DFC6@?AC@4P56MF?6OG2=F2E:@?56EJA6
%?4@?G:6?E565:G:D6C=2ACO4:D:@?D:?5:BFO6A2C=6723C:42?EA2C 
1.3. Présentation d’un résultat expérimental
"^O4C:EFC6C2AA@CE2?E=2>6DFC65^F?68C2?56FCA9JD:BF6x6DE 
@T 6DE =2 >6:==6FC6 6DE:>2E:@? 56 =2 G2=6FC GC2:6 X6E =^:?46CE:EF56EJA6 DFC =2
>6DFC6:?46CE:EF5623D@=F6
?=^23D6?465^6CC6FCDDJDEO>2E:BF6D=2G2=6FCGC2:656xD6EC@FG6AC@323=6>6?E
52?D@FAC@49656=^:?E6CG2==62==2?E56 M %?5O7:?:E2FDD:=^:?46CE:EF56
EJA6C6=2E:G6@F7C24E:@??2:C6 
Exemple :2?DF?66IAOC:6?465^@?56DDE2E:@??2:C6D6?24@FDE:BF6@?>6DFC6=25:DE2?46
xδ
3
xx xvaleur mesurée de !δ=
x
xδ
xxδ
xxδ+
U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E
 &@FC7@C>2=:D6C46CODF=E2E@?A6FEDFAA@D6CBF6=2COAOE:E:@?56=2>6DFC64@?5F:C2:EMF?65:DEC:3FE:@?56
AC@323:=:EOF?:7@C>646?ECO6DFC=2G2=6FCGC2:66E5656>:=2C86FC 4>"642=4F=56=^O42CEEJA65646EE6
5:DEC:3FE:@?5@??6F?6:?46CE:EF56EJA656 
 cfA2C28C2A96
 @>>652?D=642D56=2CP8=646=2C6G:6?EMDFAA@D6CF?65:DEC:3FE:@?56AC@323:=:EOF?:7@C>656=2C86FC
D
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,@=$@G6>3C6 C2?N@:D.2G:6C""/6E 62?#2C4((%(
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1.4. Comparaison entre valeur mesurée et valeur acceptée
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Exemple pratique : %?>6DFC6=2G:E6DD65FD@?52?D=^2:CM V%?67764EF6F?6
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