PHYSIQUELes moyens de l'expérimentation

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Perception de la mesure

La manière la plus simple de « lire » le résultat d'une mesure est d'observer le déplacement d'un repère devant une graduation. Ce repère peut être situé dans le même plan que la graduation (pied à coulisse par exemple) ou revêtir la forme d'une aiguille se déplaçant au-dessus de l'échelle graduée (balance, ampèremètre). La valeur lue dépend alors de la position de l'œil et l'on doit, si l'appareil prétend à une précision suffisante, éliminer l'erreur dite de parallaxe en adjoignant une bande réfléchissante à la graduation. L'expérimentateur place alors son œil de manière à voir confondues l'aiguille et son image ; sa visée est normale au plan de la graduation. Dans le cas de déplacements inférieurs au pouvoir séparateur de l'œil, l'usage d'instruments d'optique (loupe, lunette et microscope) permet d'améliorer le système oculaire de perception sans en modifier le principe, qui conserve un côté subjectif d'appréciation humaine et des limitations dues aux qualités physiologiques de l'observateur (acuité, fatigue).

Un progrès important a été fait par l'emploi, comme récepteur, de la plaque photographique qui permet de conserver la trace de la mesure et de stocker en très peu de temps un grand nombre d'informations. Ainsi, au lieu de pointer successivement, avec une lunette, toutes les raies spectrales données par un spectromètre optique, il devient possible de fixer toutes les raies à la fois sur un seul cliché photographique. Cette grande capacité d'enregistrement conduit encore à préférer ce procédé à des systèmes plus récents. Cependant, la photographie ne correspond qu'à une transposition des résultats : il faut ensuite lire la plaque, la « dépouiller ». On utilise pour cela des visées optiques ou des enregistrements photoélectriques comme ceux qui sont décrits ci-dessous. Mais il faut tenir compte, si l'on pointe la position d'images, des variations de dimensions de la plaque avec son degré d'humidité, et, si l'on mesure des intensités lumineuses, de la courbe de noircissement photographique qui est loin d'être linéaire. Il faut donc effectuer toute une série de corrections, dont la technique est à présent bien connue. Une autre propriété intéressante de la plaque photographique est la suivante : supposons qu'un spot de galvanomètre apparaisse sur une échelle animée d'un tremblement erratique autour de sa position de mesure, du fait du bruit de fond ou de diverses instabilités. Il est difficile, à l'œil nu, de trouver sa position moyenne et l'on doit accepter toute une plage d'incertitude. Si l'on photographie ce spot avec un temps de pose convenable, la plage d'incertitude ne sera pas également noircie et la position la plus fréquente sera facile à pointer. La plaque effectue d'elle-même la moyenne des observations pendant la durée de la pose. Ce caractère d'intégration se révèle souvent précieux.

À côté des caractères précédents, il convient de rappeler le rôle détecteur de la plaque photographique vis-à-vis des radiations ionisantes (rayons X, rayons γ, particules chargées). Dans ces cas-là, la plaque peut jouer à elle seule le rôle de l'appareil de mesure et de l'enregistreur : c'est ainsi que l'on étudie des réactions de particules à très grande énergie (particules cosmiques) en expédiant en altitude, par ballons, de gros cubes de gélatine photographique, à l'intérieur desquels les trajectoires et les chocs apparaissent après développement.

Il est cependant certain que le véhicule le plus commode pour l'information est l'électricité. Dans la plupart des cas, c'est maintenant sous forme d'une grandeur électrique que l'appareil de mesure délivre son résultat. Les développements de la cellule photoélectrique permettent de traduire les grandeurs optiques en données électriques et différents capteurs en font de même pour les grandeurs mécaniques. La lecture finale est donc effectuée par un galvanomètre, et l'on en conserve les informations en munissant le cadre d'un stylet inscripteur frottant sur un papier à déroulement uniforme. Une telle solution ne peut cependant être adoptée que pour des mesures très grossières (mesures mécaniques directes telles que celles du baromètre enregistreur par exemple), car le frottement de la plume sur le papier introduit une erreur inadmissible. C'est pourquoi les appareils modernes continuent à utiliser un galvanomètre à miroir dont la rotation provoque le déplacement d'un spot lumineux. Celui-ci est recueilli sur un ch [...]

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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

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Pour citer l’article

Michel SOUTIF, « PHYSIQUE - Les moyens de l'expérimentation », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 avril 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-moyens-de-l-experimentation/