Peu importe à quel point vous êtes prudent lorsque vous effectuez des expériences, il y aura probablement une erreur expérimentale. Que ce soit à cause des défis inhérents à la prise de mesures avec précision ou des problèmes avec votre équipement, éviter complètement les erreurs est presque impossible. Pour contrer ce problème, les scientifiques font de leur mieux pour catégoriser les erreurs et quantifier toute incertitude dans les mesures qu'ils font. Découvrir la différence entre les erreurs systématiques et aléatoires est un élément clé de l'apprentissage pour concevoir de meilleures expériences et minimiser les erreurs qui se glissent.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les erreurs systématiques résultent généralement d'un équipement qui n'est pas correctement calibré. Chaque mesure que vous prenez sera fausse du même montant car il y a un problème avec votre appareil de mesure. Les erreurs aléatoires sont inévitables et résultent de difficultés à prendre des mesures ou à tenter de mesurer des quantités qui varient dans le temps. Ces erreurs fluctuent mais se regroupent généralement autour de la vraie valeur.
Qu'est-ce qu'une erreur aléatoire ?
L'erreur aléatoire décrit les erreurs qui fluctuent en raison de l'imprévisibilité ou de l'incertitude inhérente à votre processus de mesure, ou de la variation de la quantité que vous essayez de mesurer.
Un scientifique mesurant un insecte, par exemple, essaierait de positionner l'insecte au point zéro d'une règle ou d'un bâton de mesure, et lirait la valeur à l'autre extrémité. La règle elle-même ne mesurera probablement qu'au millimètre près, et la lecture avec précision peut être difficile. Vous pouvez sous-estimer la taille réelle de l'insecte ou la surestimer, en fonction de la qualité de votre lecture de l'échelle et de votre jugement quant à l'endroit où la tête de l'insecte s'arrête. L'insecte peut également se déplacer très légèrement de la position zéro sans que vous vous en rendiez compte. Répéter la mesure plusieurs fois donne de nombreux résultats différents à cause de cela, mais ils se regrouperaient probablement autour de la vraie valeur.
De même, prendre des mesures d'une quantité qui change d'un instant à l'autre conduit à une erreur aléatoire. La vitesse du vent, par exemple, peut augmenter et diminuer à différents moments. Si vous prenez une mesure une minute, elle ne sera probablement pas exactement la même une minute plus tard. Encore une fois, des mesures répétées conduiront à des résultats qui fluctuent mais se regroupent autour de la vraie valeur.
Qu'est-ce qu'une erreur systématique ?
Une erreur systématique est une erreur qui résulte d'un problème persistant et conduit à une erreur constante dans vos mesures. Par exemple, si votre ruban à mesurer a été étiré, vos résultats seront toujours inférieurs à la vraie valeur. De même, si vous utilisez des échelles qui n'ont pas été mises à zéro au préalable, il y aura une erreur systématique résultant de la erreur dans l'étalonnage (par exemple, si un poids réel de 0 correspond à 5 grammes, 10 grammes correspondront à 15 et 15 grammes correspondront à 20).
Autres différences entre les erreurs systématiques et aléatoires
La principale différence entre les erreurs systématiques et aléatoires est que les erreurs aléatoires entraînent des fluctuations autour de la vraie valeur en raison de la difficulté à prendre mesures, tandis que les erreurs systématiques conduisent à des écarts prévisibles et cohérents par rapport à la valeur réelle en raison de problèmes d'étalonnage de votre équipement. Cela conduit à deux différences supplémentaires qui méritent d'être notées.
Les erreurs aléatoires sont essentiellement inévitables, alors que les erreurs systématiques ne le sont pas. Les scientifiques ne peuvent pas prendre des mesures parfaites, peu importe leur niveau de compétence. Si la quantité que vous mesurez varie d'un moment à l'autre, vous ne pouvez pas l'empêcher de changer pendant que vous prendre la mesure, et quelle que soit la précision de votre échelle, la lire avec précision pose toujours un problème défier. La bonne nouvelle est que répéter votre mesure plusieurs fois et prendre la moyenne minimise efficacement ce problème.
Les erreurs systématiques peuvent être difficiles à repérer. En effet, tout ce que vous mesurez sera erroné du même (ou d'un montant similaire) et vous ne réaliserez peut-être pas du tout qu'il y a un problème. Cependant, contrairement aux erreurs aléatoires, elles peuvent souvent être complètement évitées. Calibrez correctement votre équipement avant de l'utiliser, et les erreurs systématiques seront beaucoup moins probables.