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Précision et exactitude

Ruban à mesurer enroulé autour d’une tomate

Ruban à mesurer enroulé autour d’une tomate (Michael Bodmann, iStockphoto.com)

Ruban à mesurer enroulé autour d’une tomate

Ruban à mesurer enroulé autour d’une tomate (Michael Bodmann, iStockphoto.com)

Sujets
Lisibilité
5,0

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre ce que sont la précision et l’exactitude et pourquoi elles sont importantes en sciences.

Afin d’obtenir les résultats les plus fiables possible dans une enquête scientifique, il est important de réduire au minimum les biais et erreurs et de faire preuve de précision et d’exactitude dans la collecte des données. L’exactitude et la précision concernent le degré de proximité entre une mesure et sa valeur réelle ou véritable.

Quelle est la différence entre « précision » et « exactitude »?

Dans la vie quotidienne, les élèves peuvent utiliser « précision » et « exactitude » de façon interchangeable, mais ces termes ont des significations différentes lorsqu’on les utilise dans le cadre d’expériences scientifiques.

Exactitude

L’exactitude renvoie au degré de proximité entre une valeur mesurée et une valeur réelle (« véritable »). Par exemple, si vous mettez un poids étalon de 100 g sur une balance, la lecture exacte de ce poids devrait se rapprocher le plus possible de 100 g. Si vous obtenez une lecture de 105 g, alors vous pouvez dire qu’elle n’est pas exacte (et que votre balance aurait besoin d’être calibrée, c’est à dire ajustée).

Mais que faire si vous ne connaissez pas la « véritable » valeur d’une grandeur physique? Vous voulez tout de même pouvoir prendre des mesures qui sont aussi réelles que possible. Certains dispositifs et outils vous permettent d’obtenir un résultat plus exact que d’autres. Par exemple, imaginons que deux groupes d’élèves mesurent la largeur d’une tige d’un plant de tomate. Un groupe utilise des règles en plastique dont la plus petite unité de mesure est le millimètre (mm). Les élèves cherchent à déterminer si la lecture est plus proche de 3 ou de 4 mm (voir ci-dessous). L’autre groupe d’élèves utilise des pieds à coulisse. Ils ont pu prendre des mesures jusqu’à un dixième de millimètre près (donc 10 fois plus précis que le millimètre). Si plusieurs mesures sont prises avec un instrument plus précis comme le pied à coulisse, la valeur moyenne peut être considérée comme une valeur plus exacte que celle relevée avec une règle.

Pieds à coulisse

Animated vernier calipers

Animation d’un pied à coulisse (Source: Joaquim Alves Gaspar [CC BY 2.5] via Wikimedia Commons).

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Voici un GIF animé de pieds à coulisse mesurant un écrou.

L'animation commence par l'ouverture des mâchoires du pied à coulisse jaune. Ensuite, un écrou gris et hexagonal apparaît entre les mâchoires. Les mâchoires se referment contre les bords droit et gauche de l'écrou. Puis nous faisons un zoom avant pour voir les mesures sur les pieds à coulisse. Il y a deux règles différentes qui mesurent l'ouverture des mâchoires - celle du haut en centimètres et celle du bas en dixièmes de millimètre. L'écrou mesure 2,4 mm sur la règle supérieure, et 0,07 mm sur la règle inférieure, soit un total de 2,47 cm. Ces mesures sont indiquées sur l'animation par des flèches rouges.

 

Règle en plastique – Moins exacte

Stem of a tomato plant
Tige d’un plant de tomate (Source: Mannivu [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons. Récolte d'origine).
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Voici une photographie en couleur d'un plant de tomates avec des fleurs.

La tige verte et floue d'un plant de tomate s'étend du coin inférieur gauche de la photographie, presque jusqu'au coin supérieur droit. La tige est plus épaisse en bas qu'en haut. Des branches plus petites poussent à partir de la tige, avec de longues feuilles vert foncé aux bords festonnés.

Au premier plan, une autre tige portant trois fleurs jaunes est mise en évidence.

 

Réponses d'élèves : 3mm, 4mm, 3mm, 4mm

Pieds à coulisse – Plus exacte

Stem of a tomato plant
Tige d’un plant de tomate (Source: Mannivu [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons. Récolte d'origine).
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Voici une photographie en couleur d'un plant de tomates avec des fleurs.

La tige verte et floue d'un plant de tomate s'étend du coin inférieur gauche de la photographie, presque jusqu'au coin supérieur droit. La tige est plus épaisse en bas qu'en haut. Des branches plus petites poussent à partir de la tige, avec de longues feuilles vert foncé aux bords festonnés.

Au premier plan, une autre tige portant trois fleurs jaunes est mise en évidence.

 

Réponses d'élèves : 3,5mm, 3,3mm, 3,4mm, 3,5mm

Précision

La précision renvoie au degré de proximité réciproque des valeurs mesurées. Par exemple, un groupe d’élèves (le groupe A) a compté le nombre de tomates sur sa plante et un autre groupe d’élèves (le groupe B) a fait la même chose sur sa propre plante.

Groupe A

Combien de tomates y a-t-il sur la plante?

Cherry tomatoes
Tomates cerises (Source: marinamarusya13 via Pixabay).
Image - Version texte

L'image montre une photographie en couleur d'un plant de tomates avec des fruits.

La photographie est remplie de tiges et de feuilles de plants de tomates de différentes teintes de vert. Au centre, une tige pleine de fruits de tomate s'étend du haut de l'image jusqu'en bas. Les tomates du haut sont rouge vif et celles du bas sont vert pâle.

 

Réponses d'élèves : 37, 36, 37, 36, 37, 36

Groupe B

Combien de tomates y a-t-il sur la plante?

Cherry tomatoes
Cherry tomatoes (Source: marinamarusya13 via Pixabay).
Image - Version texte

L'image montre une photographie en couleur d'un plant de tomates avec des fruits.

La photographie est remplie de tiges et de feuilles de plants de tomates de différentes teintes de vert. Au centre, une tige pleine de fruits de tomate s'étend du haut de l'image jusqu'en bas. Les tomates du haut sont rouge vif et celles du bas sont vert pâle.

 

 Réponses d'élèves : 35, 38, 31, 40, 32, 37

Notez que toutes les valeurs du groupe A sont très similaires (soit 36 ou 37). Les données seraient considérées comme très précises. D’autre part, les valeurs du groupe B reflètent une plage beaucoup plus large (entre 31 et 40). Ces mesures ne sont pas précises.

Précises et exactes

Il est possible d’être exact sans être précis et d’être précis sans être exact.

Cibles illustrant différents niveaux de précision et d’exactitude
Cibles illustrant différents niveaux de précision et d’exactitude (©2022 Parlons sciences).
Image - Version texte

L'illustration en couleur montre quatre cibles en œil de bœuf avec des points noirs représentant des tirs visant chaque cible.

Chaque cible est constituée d'anneaux concentriques rouges et blancs, marqués de quatre points noirs.

Le premier œil-de-boeuf, à gauche, comporte les quatre points dans le plus petit anneau, au centre de la cible. Il est marqué Exactitude = Élevée, Précision = Élevée.

Le deuxième oeil-de-boeuf a les quatre points dans un groupe près du bord supérieur droit de la cible, sur les deux anneaux extérieurs. Il s'agit de l'étiquette "Exactitude = Faible, Précision = Élevée."

Le troisième oeil-de-boeuf a quatre points espacés autour du deuxième anneau, juste à l'extérieur du centre de la cible. Il est marqué Exactitude = Élevée, Précision = Faible.

Le dernier oeil-de-boeuf, à droite, comporte quatre points dispersés à l'extérieur de la cible, dont un dans le troisième anneau, deux dans le quatrième et un dans le cinquième. Il est étiqueté Exactitude = Faible , Précision = Faible.

Les élèves doivent toujours chercher à prendre des mesures qui sont À LA FOIS exactes et précises.

Par exemple, deux séries de données ont été recueillies au sujet de l’aire de la surface des feuilles des plants de tomates.

Exacte ET précise

Leaves of a tomato plant
Feuilles d’un plant de tomate (Source: Yasin Caglayan via iStockphoto).
Image - Version texte

Photographie en couleur d'un plant de tomates, avec un accent sur trois feuilles au premier plan.

La photographie est remplie de feuilles d'un vert éclatant. Au premier plan, trois feuilles sont mises au point de façon nette et rapprochée, de sorte que leur texture est visible. Chaque feuille est en forme de larme, avec des bords festonnés et une tige centrale qui forme une vallée profonde de haut en bas. De nombreuses vallées plus petites se ramifient à partir de la vallée centrale, et des vallées encore plus petites se ramifient à partir de celles-ci. Cela donne une apparence de cuir.

 

Réponses d'élèves : 53 cm2, 52 cm2, 53 cm2, 53 cm2

Les valeurs sont proches les unes des autres et sont proches de la moyenne

PAS exacte et PAS précise

Leaves of a tomato plant
Feuilles d’un plant de tomate (Source: Yasin Caglayan via iStockphoto).
Image - Version texte

Photographie en couleur d'un plant de tomates, avec un accent sur trois feuilles au premier plan.

La photographie est remplie de feuilles d'un vert éclatant. Au premier plan, trois feuilles sont mises au point de façon nette et rapprochée, de sorte que leur texture est visible. Chaque feuille est en forme de larme, avec des bords festonnés et une tige centrale qui forme une vallée profonde de haut en bas. De nombreuses vallées plus petites se ramifient à partir de la vallée centrale, et des vallées encore plus petites se ramifient à partir de celles-ci. Cela donne une apparence de cuir.

 

Réponses d'élèves : 47 cm2, 52 cm2, 59 cm2, 56 cm2

Les valeurs ne sont pas proches les unes des autres et certaines ne sont pas proches de la moyenne

Précision et exactitude dans TomatosphèreMC

Dans l’expérience TomatosphèreMC, les élèves sont encouragés à prendre des mesures à la fois précises et exactes de la germination des semences. Cela consiste principalement à consigner des données précises et exactes concernant le moment où les semences germent (c’est-à-dire que les deux cotylédons sont sortis et ouverts). Par exemple, si plusieurs élèves comptent le nombre de semences germées qu’ils voient une journée donnée, ils devraient tous compter le même nombre de semences. Dans d’autres enquêtes sur la culture de plants de tomates, les élèves peuvent mesurer la hauteur et la masse sèche des plants, l’aire de la surface des feuilles, la largeur des tiges, etc.

Exercice dirigé

Exercice 1

Demandez aux élèves de lire les questions suivantes et d’y répondre.

  1. Regarde les mesures obtenues par les deux groupes d’élèves suivants. Quel groupe a pris les mesures les plus exactes de la hauteur du plant de 50 cm?
    Groupe A :
     49,7 cm ; 50,0 cm ; 49,8 cm ; 50,1 cm ; 50,2 cm
    Groupe B : 52,1 cm ; 52,0 cm ; 52,1 cm ; 51,9 cm ; 52,0 cm
  2. Regarde les mesures obtenues par les deux groupes d’élèves suivants. Quel groupe a pris les mesures les plus précises de la hauteur du plant de 50 cm?
    Groupe A :
     49,9 cm ; 50,0 cm ; 49,8 cm ; 50,1 cm ; 50,2 cm
    Groupe B : 52,1 cm ; 52,0 cm ; 52,1 cm ; 51,9 cm ; 52,0 cm
  3. Regarde les mesures suivantes du pH de la terre d’un pot. Sont-elles précises? Explique.
    7 ; 5,2 ; 8,1 ; 6,3 ; 7,8

Exercice 2

Demandez aux élèves de définir les termes « précision » et « exactitude » dans leurs propres mots.

Exercice 3

Demandez aux élèves de donner un exemple concret d’une situation où la précision est importante. Demandez-leur de donner aussi un exemple de situation où l’exactitude est importante.

Exercice 4

Demandez aux élèves de créer leur propre analogie, comme celle de la cible utilisée dans de nombreux sites, pour expliquer la différence entre l’exactitude et la précision.

Réponses
  1. Calculez les moyennes pour chaque groupe. Le groupe A a une moyenne de 49,96 cm et le groupe B a une moyenne de 52,02 cm. Étant donné que la moyenne du groupe A est plus proche de 50 cm que celle du groupe B, les valeurs du groupe A sont plus exactes.
  2. Les valeurs du groupe B sont plus proches les unes des autres (plage plus petite entre 51,9 cm et 52,1 cm, donc une variation de 0,2 cm)) que celles du groupe A (plage entre 49,8 cm et 50,2 cm, donc une variation de 0,4 cm) ; donc le groupe B a des mesures plus précises, même si elles ne sont pas aussi exactes.
  3. Non, elles ne le sont pas. La plage varie de 5,2 à 8,1, ce qui constitue une grande différence pour l’échelle du pH de la terre prélevée dans un seul pot.

 

En savoir plus

Vidéo de question : Exactitude et précision d’une mesure
Cette vidéo (6min 24s) explique la différence entre l'exactitude et la précision.

Feuille d'activités de la leçon : Précision et exactitude des mesures
Cette page de Nagwa offre des activités pour identifier l’exactitude et la précision des mesures.

Chimie générale 1.7 Précision, exactitude et reproductibilité
Cette vidéo (5min 0s) de la chaîne René Therrien définit la précision et l’exactitude et explique les liens entre ces termes et la reproductibilité.

La fiabilité des instruments de mesure
Cette page d’Allô Prof explique la précision, la fidélité, la sensibilité et la justesse des instruments de mesure et inclut plusieurs exemples.