Lorsque vous choisissez une balance de laboratoire et évaluez si elle répond à vos critères, l'incertitude n'est pas aussi connue que d'autres facteurs tels que la lisibilité ou la linéarité, mais elle est tout aussi importante. Bien que l'incertitude soit utilisée dans une grande variété de sciences et de variables, dans ce billet de blog, nous vous aiderons à comprendre l'incertitude de pesage en ce qui concerne les balances de laboratoire.
Qu'Est-Ce Que l'Incertitude du Pesage ?
L'incertitude de mesure est la plage de valeurs que l'on peut raisonnablement supposer être comprise dans la valeur exacte de la mesure. C'est une définition maladroite, alors déballons-la.
Par exemple, lorsque vous mesurez de la poudre et que la balance vous indique qu'elle pèse 0,0067g, vous supposez que la masse de la poudre est de 0,0067g. En fonction de la précision de lecture de la balance, vous pouvez supposer que la masse a été arrondie à la hausse ou à la baisse (elle pourrait donc être en réalité de 0,006712 g ou de 0,006699 g, car votre balance n'affiche que 4 chiffres après la virgule), mais que vos résultats se situent toujours dans une plage acceptable de la valeur réelle de la mesure.
Les laboratoires fixent des exigences appelées tolérances pour tenir compte de l'incertitude. Tant que l'incertitude d'une balance se situe dans les tolérances établies par les directives, elle est acceptable.
Quelle Est la Différence Entre l'Exactitude et l'Incertitude ?
Nous définissons l'exactitude comme "la capacité d'afficher une valeur qui correspond à la valeur idéale pour un poids connu". Si cela ressemble beaucoup à la définition de l'incertitude, vous n'êtes pas le seul à faire cette erreur. Les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable en raison de leur relation, bien qu'il s'agisse de deux concepts distincts. L'exactitude indique à quel point une lecture est proche de la valeur exacte, tandis que l'incertitude traite des facteurs qui pourraient affecter la précision du résultat. Ainsi, l'exactitude vous indique la similitude entre la valeur mesurée et la valeur exacte, tandis que l'incertitude quantifie cette similitude pour vous indiquer le degré de fiabilité. Vous vous grattez encore la tête ? Prenons un exemple.
Disons que vous mesurez un échantillon. Vous le mesurez sur une balance à plusieurs reprises (uniquement pour les besoins de l'exemple ; un tel test devrait être effectué au moins dix fois dans un laboratoire), et vous obtenez 0,0100g, 0,0101g, 0,0102g et 0,0100g. Cela signifie que votre plage de résultats se situe entre 0,0100g et 0,0102g. Selon la classe de votre balance et les exigences de votre laboratoire, vous pouvez vérifier la précision en faisant en sorte que le poids testé se situe dans un certain pourcentage de la valeur réelle (0,10% est souvent utilisé, mais cela peut dépendre de la métrologie locale et de votre propre laboratoire). Mais comment pouvez-vous être certain que le poids se situe réellement dans cette plage ? C'est là qu'intervient l'incertitude. En calculant l'incertitude, vous pouvez obtenir un nombre (généralement un pourcentage) exprimant à quel point vous pouvez être sûr que la mesure se situe réellement dans cet intervalle.
Pourquoi l'Incertitude Est-Elle un Paramètre Important pour les Mesures ?
L'incertitude est un facteur clé pour comprendre et analyser les résultats d'étalonnage d'un instrument, sa sensibilité, sa lisibilité, sa répétabilité, son écart-type, etc. Elle doit être calculée correctement pour les mesures de contrôle de la qualité, car c'est l'une des variables qui peuvent déterminer si un produit ou un test est acceptable.
Il est impossible pour un laboratoire d'obtenir son accréditation sans mesurer l'incertitude correctement. Le calcul de l'incertitude permet aux utilisateurs de fixer des tolérances qui garantissent des résultats reproductibles avec des normes élevées. Pour un laboratoire qui mesure de très petites substances qui peuvent être dangereuses si elles sont présentes en concentration suffisamment élevée, les mesures d'incertitude sont essentielles, car elles peuvent contribuer à fournir des résultats fiables. L'incertitude est fondamentale pour les laboratoires d'étalonnage car elle définit la norme par rapport à laquelle tous les résultats seront jugés.
En outre, l'incertitude peut être utilisée pour juger de la qualité d'une expérience et permet aux gens de comparer les résultats de manière plus significative. Si un laboratoire vous dit qu'il a effectué vingt mesures et obtenu des résultats précis et exacts, vous pouvez être impressionné par ses résultats. Mais disons qu'il n'est sûr qu'à 67 % que ses résultats sont exacts et à 69 % qu'ils sont précis. Est-ce que cela reste impressionnant ?
Elle aide également les gens à comparer les expériences. Si deux équipes mènent des expériences pour prouver qu'une substance a un certain effet sur les gens, la mesure de leur incertitude est un bon moyen de voir quelle équipe a créé la meilleure expérience et même si elles peuvent être comparées.
Quelle Est la Relation Entre l'Incertitude et l'Écart-Type ?
Si vous pensiez que la différence entre exactitude et incertitude était déroutante, je suis désolé de vous dire que l'écart-type ne va pas vous aider. L'écart-type est la différence entre les valeurs mesurées et les valeurs réelles. L'exactitude est la proximité de ces valeurs, et l'incertitude est la fiabilité des valeurs mesurées. L'écart-type est un facteur qui affecte l'incertitude. Il existe une corrélation directe : plus l'écart-type est élevé, plus l'incertitude est élevée (et vice versa). L'incertitude dépend également d'autres facteurs, mais l'effet de l'écart-type est très perceptible et constitue généralement un bon paramètre pour évaluer l'incertitude.
L'écart-type affecte de nombreuses variables différentes, mais l'un des calculs les plus utiles consiste à déterminer l'écart-type de la répétabilité.
- Pour ce faire, effectuez plusieurs mesures avec la même balance et le même échantillon dans les mêmes conditions (y compris les conditions de l'utilisateur et de l'environnement) et enregistrez chaque résultat.
- Calculez la moyenne en additionnant tous les résultats et en divisant la somme des résultats par le nombre de résultats.
- Soustrayez chaque résultat de la moyenne, puis mettez la différence au carré. Vous ne devriez avoir que des nombres positifs à ce stade.
- Additionnez les résultats au carré.
- Divisez la somme des résultats au carré par le nombre de résultats moins un.
- Obtenez la racine carrée du quotient.
- (Facultatif) Si vous souhaitez connaître l'écart-type de la moyenne, prenez le dernier résultat et divisez-le par la racine carrée du nombre de résultats.
- Pour obtenir l'écart type en pourcentage (écart type relatif), multipliez l'écart type par 100, puis divisez le produit par la moyenne.
Exemple:
- Quatre mesures : 2, 3 ,2, 2
- (2+3+2+2) / 4 = (9) / 4 = 2.25
- 2.25 – 2 = 0.25. 2.25 – 3 = -0.75. 2.25 – 2 = 0.25. 2.25 – 2 = 0.25. 2.252 = 0.0625. -0.752 = 0.5625. 2.252 = 0.0625. 2.252 = 0.0625.
- 0.0625 + 0.5625 + 0.0625 + 0.0625 = 0.75
- 0.75 / (4 – 1) = 0.75 / 3 = 0.25
- √0.25 = 0.5. Rstd = 0.5.
- 0.5 / √4 = 0.5 / 2 = 0.25. RstdM = 0.25.
- (0.5 * 100) / 2.25 = 22.22%
L'Incertitude et le Poids Minimum
Si vous avez parcouru les spécifications des balances de laboratoire, vous avez peut-être remarqué le poids minimum. Le poids minimum est la plus petite quantité de matière qui peut être mesurée sur un instrument sans que son incertitude dépasse la tolérance requise. Ce n'est pas la même chose que la plus petite quantité de poids qu'une balance peut mesurer, mais simplement la quantité de poids qui peut être mesurée avant que les résultats ne soient considérés comme trop peu fiables pour être utilisés dans certaines applications.
Une balance peut mesurer une quantité inférieure au poids minimum, mais avec une certitude réduite. Le poids minimum n'est pas une valeur stable en raison de divers facteurs qui affectent l'incertitude et l'écart-type, c'est pourquoi il est exprimé par ±.
La plupart des laboratoires recommandent de toujours peser au-dessus du poids minimum pour garantir des résultats fiables. Cela signifie que si vous devez mesurer de petites quantités de manière fiable, vous devez prêter une attention particulière au poids minimum d'une balance et vérifier s'il entre dans les tolérances de votre laboratoire. C'est pourquoi certains laboratoires semblent utiliser des balances plus précises que ce dont ils ont besoin ; bien qu'une balance analytique puisse avoir une précision de lecture suffisamment élevée, un scientifique pourrait avoir besoin du poids minimum d'une balance semi-micro à la place.
En Quoi l'Incertitude Diffère-t-Elle des Erreurs ?
Bien qu'ils soient souvent utilisés de manière interchangeable, l'incertitude n'est pas la même chose qu'une erreur. Si les erreurs peuvent affecter l'incertitude, il s'agit de fautes qui provoquent une sorte de dysfonctionnement et empêchent la balance de fournir des résultats corrects. Elles peuvent augmenter l'incertitude, mais leurs tolérances devraient être beaucoup, beaucoup plus faibles.
L'incertitude est inévitable en raison de la nature même des mesures : quelle que soit la façon dont un objet est fabriqué, il y a une chance, même minime, qu'il y ait un écart entre la masse attendue et la masse finale. Il ne s'agit pas d'une erreur, mais simplement d'un biproduit du monde dans lequel nous vivons, qui peut être influencé par de nombreux facteurs différents.
Essentiellement, l'incertitude signifie que, quelle que soit la précision et l'exactitude d'une balance, et quelle que soit le poids qu'un produit devrait peser, il peut y avoir une légère variance parce que nous ne connaissons pas le poids exact, et même si nous le connaissons, des facteurs extérieurs peuvent l'avoir modifié. Une erreur est un problème qui fait que la balance donne une lecture erronée.
Comment Calculer l'Incertitude d'une Balance de Laboratoire ?
L'incertitude n'est pas un nombre associé à une seule lecture. Il s'agit plutôt d'une mesure de la fiabilité des résultats. Cela signifie que lorsque l'incertitude est calculée, elle doit être calculée pour la lisibilité, la répétabilité, l'étalonnage, la densité, la masse de référence, l'erreur, le résultat de la pesée, les influences environnementales et bien d'autres facteurs encore. Il n'y a malheureusement pas de réponse claire et nette, car l'incertitude doit être mesurée pour chaque valeur à évaluer. Ces résultats d'incertitude doivent ensuite être combinés dans des équations qui tiennent compte de leur importance individuelle et des lectures qui s'influencent mutuellement. Le résultat de chaque calcul doit être considéré comme un ensemble complet pour obtenir une image complète de la fiabilité d'une balance. En raison de la complexité associée au calcul de l'incertitude, celui-ci est souvent effectué par des laboratoires d'étalonnage qui disposent des connaissances nécessaires pour mener correctement une multitude de procédures de test complexes.
Quel Est un Pourcentage Acceptable d'Incertitude de Pesage?
Cela dépend vraiment du laboratoire et des types d'échantillons que vous devez mesurer. Un laboratoire pharmaceutique et un laboratoire d'étalonnage pourraient avoir des pourcentages acceptables différents, en fonction de la balance et des échantillons. Comme c'est très spécifique à l'application, vous devez vous référer aux directives et aux tolérances de votre laboratoire.
En général, l'incertitude peut être exprimée par le poids de l'échantillon (la valeur de la quantité mesurée), le signe ± et la valeur de l'incertitude de mesure elle-même. Ainsi, si une balance a une incertitude de mesure de 1mg et que vous mesurez 10g, le résultat devrait être de 10±0,01%. Dans l'idéal, ce chiffre devrait être aussi bas que possible. La valeur minimale dépend de vos tolérances.
L'incertitude de pesage est un sujet complexe qu'il est nécessaire de comprendre lorsqu'on s'intéresse aux balances de laboratoire. Elle affecte presque toutes les facettes des mesures de poids. Si vous avez des questions sur l'incertitude de pesage ou si vous avez besoin d'aide pour trouver la bonne balance de laboratoire, n'hésitez pas à nous contacter ! Nous serons heureux de vous aider.