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PHYSIQUE Les moyens de l'expérimentation

L'instrument de mesure

Le rôle de l'instrument de mesure est d'observer une grandeur et de la comparer à un étalon incorporé ou non à l'appareil. Il est souvent nécessaire, lorsqu'on observe de faibles variations de la grandeur à mesurer, de procéder à une amplification mécanique, optique ou électronique du signal. En raison de sa souplesse et des coefficients d'amplification élevés qu'elle permet, la méthode électronique a peu à peu supplanté toutes les autres.

Les qualités que l'on exige d'un instrument de mesure sont la fidélité, la sensibilité et la justesse.

La fidélité

Les indications de l'appareil doivent être constantes lorsqu'il mesure plusieurs fois des quantités identiques ou la même quantité. Cela exige que les réglages soient reproductibles, qu'il n'y ait pas de dérives invisibles ni incontrôlables et qu'il existe un procédé de mesure permettant d'éliminer les défauts inévitables.

La fidélité de la balance classique à deux bras, par exemple, est obtenue si, lorsqu'on pèse deux fois la même masse, on atteint l'équilibre dans chacun des cas où l'on dépose les mêmes masses marquées dans l'autre plateau. Or, si les masses ne sont pas déposées chaque fois rigoureusement au même endroit des plateaux, ce qui est probable, le point d'application du plateau sur le couteau du fléau peut changer ; or, si les couteaux latéraux et centraux ne sont pas parallèles lors de la construction, un tel déplacement modifie la longueur utile du fléau, et l'équilibre ne pourra être réalisé qu'avec des masses marquées différentes.

Dans de très nombreux dispositifs électriques ou électroniques, on oppose à la grandeur à mesurer une grandeur connue, jusqu'à obtenir l'égalité qui se traduit par le retour au zéro d'un appareil de mesure. Les divers circuits utilisés sont parcourus par des courants et dégagent de la chaleur. L'équilibre de température est rarement atteint simultanément par les divers éléments des circuits, dont les caractéristiques varient en outre de façon différente avec celle-ci. Il s'ensuit un déplacement du zéro, ce dernier mettant parfois plusieurs heures à se stabiliser à la valeur qui correspond aux étalonnages. Dans d'autres cas, l'appareil ne peut fonctionner correctement qu'entre certaines limites de température extérieure, voire à la condition qu'il soit installé dans une pièce à température constante.

La sensibilité

La sensibilité représente la plus petite quantité que l'appareil est capable de discerner. On l'exprime le plus souvent par un chiffre qui donne la plus petite valeur de la grandeur mesurée dont la variation provoque un « changement observable » à la sortie de l'appareil : ainsi, la sensibilité d'une balance s'exprime en milligrammes ou en microgrammes, suivant son type ; celle d'un galvanomètre s'exprime en microampères et celle d'un récepteur électronique en microvolts à l'entrée. La quantité ainsi définie est la sensibilité absolue et, bien que très souvent employée, elle ne signifie pas grand-chose. En effet, il suffit souvent d'un changement très petit dans le système d'observation ou dans l'appréciation de l'observateur pour que ce chiffre varie dans des proportions importantes. Dans une balance ordinaire, par exemple, il peut suffire d'utiliser une aiguille indicatrice plus fine et d'observer son mouvement avec une loupe pour apprécier l'effet de surcharges beaucoup plus légères ; de même, si un galvanomètre traduit sa rotation par celle d'un pinceau lumineux réfléchi sur son équipage mobile (méthode de Poggendorf), il suffit de mesurer le déplacement du spot lumineux à une distance augmentée pour changer la sensibilité absolue. C'est pourquoi on préfère généralement définir une [...]

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Écrit par

  • : professeur à la faculté des sciences de Grenoble, président du groupe d'évaluation et de prospective en instrumentation du ministère de l'Industrie et de la Recherche

Classification

Pour citer cet article

Michel SOUTIF. PHYSIQUE - Les moyens de l'expérimentation [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Autres références

  • PARTICULES ÉLÉMENTAIRES

    • Écrit par Maurice JACOB, Bernard PIRE
    • 8 172 mots
    • 12 médias

    Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...

  • ACTION & RÉACTION, physique

    • Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
    • 1 498 mots

    C'est avec la troisième loi de Newton (1642-1727) que le mot « action » entre dans le vocabulaire scientifique, avec un sens à vrai dire assez ambigu. Il s'applique à la dénomination de la force exercée par un corps sur un autre, la loi en question affirmant alors qu'elle est toujours égale à la force...

  • ANTIMATIÈRE

    • Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
    • 6 931 mots
    • 4 médias

    L'antimatière exerce une certaine fascination : le grand public, les lecteurs de revues scientifiques et même les spécialistes ont un peu le vertige à l'énoncé de ses propriétés. En effet, si 1 gramme d'antimatière était mis en contact avec 1 gramme de matière ordinaire, il se produirait une annihilation...

  • ARISTOTÉLISME

    • Écrit par Hervé BARREAU
    • 2 242 mots
    • 1 média
    ...d'Elée sur l'impossibilité du mouvement. Cette réfutation était importante dans la perspective d'Aristote qui voulait accorder un statut scientifique à la physique, dont il faisait une science plus haute que les mathématiques puisqu'elle portait sur la substance mobile, et non, comme ces dernières, sur la...
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