QCM : Métrologie et incertitudes de mesure — 28 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel est le rôle de l’instrumentation dans un système de mesure ?

Calculer l’incertitude associée à chaque résultat obtenu expérimentalement
Décrire les unités utilisées pour comparer différentes grandeurs physiques mesurées
Mettre en œuvre des instruments pour acquérir des données ou commander un système à partir de grandeurs physiques
Organiser les opérations nécessaires pour étalonner un instrument de mesure

Mettre en œuvre des instruments pour acquérir des données ou commander un système à partir de grandeurs physiques

Explication

L’instrumentation consiste à mettre en œuvre des instruments afin de créer un système d’acquisition de données ou de commande fondé sur des mesures physiques. L’étalonnage constitue une opération particulière, mais ne définit pas à lui seul l’instrumentation.

2. Dans une chaîne d’acquisition, quelle succession décrit correctement la transformation d’une grandeur physique en information exploitable ?

La carte d’acquisition crée la grandeur, le capteur la numérise, puis le conditionneur l’interprète
La métrologie mesure le signal, la carte l’adapte, puis le capteur transmet une information électrique
Le conditionneur produit la grandeur, le capteur l’étalonne, puis la métrologie transmet le résultat
Le capteur produit un signal, le conditionneur l’adapte, puis le signal est transmis et traité

Le capteur produit un signal, le conditionneur l’adapte, puis le signal est transmis et traité

Explication

La chaîne transforme la grandeur physique en signal électrique grâce au capteur, adapte ce signal avec le conditionneur, puis le transmet et le traite pour obtenir une information exploitable. Confondre le capteur et le conditionneur inverse leurs fonctions respectives.

3. Que désigne la métrologie ?

La procédure détaillée d’exécution d’une mesure
La science de la mesure
L’ensemble des instruments servant à mesurer une grandeur
La technique de transmission des signaux électriques

La science de la mesure

Explication

La métrologie est définie comme la science de la mesure. Une procédure détaillée relève du mode opératoire, tandis que les instruments constituent un moyen de mesure.

4. Lors de la détermination du pH d’une solution, quel élément constitue le mesurande ?

L’électrode plongée dans la solution
La valeur du pH recherchée
La succession des opérations d’étalonnage et de rinçage
Le pH-mètre utilisé pour l’expérience

La valeur du pH recherchée

Explication

Le mesurande est la grandeur que l’on cherche à mesurer, ici le pH de la solution. Le pH-mètre et l’électrode appartiennent au moyen de mesure, tandis que les opérations décrivent la méthode ou le mode opératoire.

5. Quelle distinction caractérise correctement la méthode de mesure et le mode opératoire ?

La méthode indique partiellement les opérations, tandis que le mode opératoire les décrit précisément avec les moyens nécessaires
La méthode détaille les instruments, tandis que le mode opératoire définit la grandeur physique recherchée
La méthode donne le résultat numérique, tandis que le mode opératoire calcule l’incertitude associée
La méthode fixe la valeur vraie, tandis que le mode opératoire compare plusieurs unités de mesure

La méthode indique partiellement les opérations, tandis que le mode opératoire les décrit précisément avec les moyens nécessaires

Explication

La méthode de mesure décrit de manière partielle la succession des opérations, alors que le mode opératoire en précise le déroulement et les moyens nécessaires. La valeur mesurée et son incertitude ne constituent pas la définition de ces deux notions.

6. Quelle écriture représente correctement un résultat de mesure avec son incertitude ?

G=(M±ΔM) uniteˊG=(M\pm\Delta M)\ \text{unité}
G=M uniteˊG=M\ \text{unité}
G=(M×ΔM) uniteˊG=(M\times\Delta M)\ \text{unité}
G=ΔM±M uniteˊG=\Delta M\pm M\ \text{unité}

$$G=(M\pm\Delta M)\ \text{unité}$$

Explication

Un résultat de mesure associe la meilleure estimation MM à l’incertitude ΔM\Delta M, selon l’écriture G=(M±ΔM) uniteˊG=(M\pm\Delta M)\ \text{unité}. L’estimation seule ne renseigne pas sur l’incertitude qui accompagne la mesure.

7. Comment définit-on l’incertitude relative d’une mesure ?

Comme l’écart entre le résultat mesuré et la valeur conventionnellement vraie, exprimé dans l’unité de la grandeur
Comme la somme de l’estimation et de l’incertitude absolue, généralement exprimée en unité physique
Comme la dispersion des valeurs attribuables à la grandeur, exprimée dans l’unité de la mesure
Comme le rapport sans dimension de l’incertitude absolue à l’estimation, souvent exprimé en pourcentage

Comme le rapport sans dimension de l’incertitude absolue à l’estimation, souvent exprimé en pourcentage

Explication

L’incertitude relative est le rapport de l’incertitude absolue à l’estimation de la grandeur et elle est sans dimension, souvent présentée en pourcentage. L’écart à la valeur conventionnellement vraie correspond à l’erreur absolue.

8. Quelle différence distingue l’erreur absolue de l’incertitude absolue ?

L’erreur absolue compare le résultat à une valeur conventionnellement vraie, tandis que l’incertitude décrit une dispersion plausible des valeurs
L’erreur absolue caractérise la qualité générale, tandis que l’incertitude absolue désigne la grandeur recherchée
L’erreur absolue est sans dimension, tandis que l’incertitude absolue est exprimée en pourcentage de l’estimation
L’erreur absolue mesure une dispersion plausible, tandis que l’incertitude compare le résultat à une valeur conventionnellement vraie

L’erreur absolue compare le résultat à une valeur conventionnellement vraie, tandis que l’incertitude décrit une dispersion plausible des valeurs

Explication

L’erreur absolue est l’écart entre le résultat du mesurage et une valeur conventionnellement vraie. L’incertitude absolue décrit plutôt la dispersion des valeurs raisonnablement attribuables à la grandeur mesurée, ce qui constitue une notion différente.

9. Quelle distinction décrit correctement les erreurs aléatoires et systématiques lors de mesurages répétés ?

Les deux erreurs conservent un biais de même sens, mais affectent des instruments différents.
L’erreur aléatoire conserve un biais de même sens, tandis que l’erreur systématique varie entre les mesurages.
L’erreur aléatoire varie entre les mesurages, tandis que l’erreur systématique conserve un biais de même sens.
Les deux erreurs varient entre les mesurages, mais avec des amplitudes généralement différentes.

L’erreur aléatoire varie entre les mesurages, tandis que l’erreur systématique conserve un biais de même sens.

Explication

Une erreur aléatoire change d’un mesurage à l’autre, alors qu’une erreur systématique tend à surestimer ou sous-estimer dans le même sens. Confondre leurs comportements revient à attribuer la variabilité des répétitions au biais systématique.

10. Quelle action permet de réduire l’influence d’une erreur aléatoire sur le résultat d’une mesure ?

Changer d’instrument à chaque mesure afin de diversifier les indications obtenues.
Modifier progressivement la méthode pour identifier les conditions les plus favorables.
Appliquer une correction fixe à toutes les mesures avant de calculer le résultat.
Répéter les mesures dans les mêmes conditions, puis exploiter la série obtenue.

Répéter les mesures dans les mêmes conditions, puis exploiter la série obtenue.

Explication

La répétition dans des conditions identiques permet de diminuer l’effet de l’erreur aléatoire sur l’estimation. Une correction fixe vise plutôt un biais systématique et ne traite pas directement les fluctuations aléatoires.

11. Comment l’expérimentateur doit-il traiter une erreur systématique détectée dans une série de mesures ?

La conserver dans le résultat puisque sa contribution moyenne devient nulle avec le temps.
La réduire par davantage de répétitions sans modifier le dispositif expérimental utilisé.
La remplacer par une erreur aléatoire en changeant l’opérateur entre deux mesures.
La repérer, puis appliquer une correction adaptée car les répétitions ne la réduisent pas.

La repérer, puis appliquer une correction adaptée car les répétitions ne la réduisent pas.

Explication

Une erreur systématique persiste dans une série de mesures et doit donc être identifiée puis corrigée par l’expérimentateur. Augmenter le nombre de répétitions réduit la dispersion aléatoire, mais ne supprime pas un biais constant.

12. Quelle situation correspond à une mesure répétable plutôt qu’à une mesure reproductible ?

Plusieurs personnes utilisent des appareils différents selon des procédures adaptées à leurs laboratoires.
Une même personne compare les résultats obtenus dans deux lieux et à des moments éloignés.
Plusieurs laboratoires appliquent des méthodes différentes pour mesurer une même grandeur.
Une même personne répète la mesure avec le même appareil, la même procédure et dans le même lieu.

Une même personne répète la mesure avec le même appareil, la même procédure et dans le même lieu.

Explication

La répétabilité conserve la procédure, l’appareil, l’opérateur, le lieu et un intervalle de temps court. La reproductibilité étudie au contraire la variation des résultats lorsque ces conditions changent.

13. Dans une analyse par la méthode des 5M, quelle catégorie regroupe les causes liées au personnel qui réalise la mesure ?

Le moyen
Le milieu
La méthode
La main-d’œuvre

La main-d’œuvre

Explication

La main-d’œuvre représente les facteurs associés aux personnes intervenant dans la mesure. Le moyen concerne le matériel, tandis que le milieu désigne les conditions de l’environnement.

14. Combien de chiffres significatifs possède le nombre décimal 0,00450 selon les règles usuelles ?

Deux chiffres significatifs
Cinq chiffres significatifs
Trois chiffres significatifs
Quatre chiffres significatifs

Trois chiffres significatifs

Explication

Les zéros placés avant le premier chiffre non nul ne sont pas significatifs, tandis que le zéro situé à droite d’un autre chiffre l’est. Le nombre 0,00450 contient donc les chiffres significatifs 4, 5 et 0.

15. Comment faut-il présenter un résultat lorsque son incertitude vaut 0,03 ?

L’incertitude doit être conservée avec plusieurs chiffres pour préciser le rang du résultat.
Le dernier chiffre significatif du résultat doit être situé au centième, comme celui de l’incertitude.
Le dernier chiffre significatif du résultat doit être situé à l’unité, après avoir arrondi l’incertitude.
Le résultat doit comporter trois chiffres significatifs, quel que soit le rang de l’incertitude.

Le dernier chiffre significatif du résultat doit être situé au centième, comme celui de l’incertitude.

Explication

L’incertitude est exprimée avec un chiffre significatif tronqué et le résultat doit s’arrêter au même rang décimal. Pour 0,03, ce rang est le centième, et non l’unité ou le millième.

16. Quelle origine distingue correctement une incertitude de type A d’une incertitude de type B ?

Le type A provient d’une notice technique, tandis que le type B est calculé à partir de mesures répétées.
Le type A repose sur une loi de probabilité supposée, tandis que le type B repose sur l’écart entre deux opérateurs.
Le type A vient d’une série de mesures répétées, tandis que le type B vient d’informations externes ou d’une loi choisie.
Le type A vient d’un certificat d’étalonnage, tandis que le type B vient d’une moyenne de mesures répétées.

Le type A vient d’une série de mesures répétées, tandis que le type B vient d’informations externes ou d’une loi choisie.

Explication

L’incertitude de type A est évaluée statistiquement à partir de mesures répétées. Le type B utilise des sources externes, comme des notices ou des certificats, ou une loi de probabilité choisie.

17. Quelle expression calcule la moyenne algébrique de n mesures indépendantes MiM_i ?

m=1n1i=1nMim=\frac{1}{n-1}\sqrt{\sum_{i=1}^{n}M_i}
m=i=1nMi2n1m=\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n}M_i^2}{n-1}}
m=i=1n(Mim)2m=\sum_{i=1}^{n}(M_i-m)^2
m=1ni=1nMim=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}M_i

$$m=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}M_i$$

Explication

La moyenne algébrique est la somme des mesures divisée par leur nombre, ce qui donne m=1ni=1nMim=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}M_i. L’expression avec les écarts au carré correspond plutôt au calcul d’une dispersion.

18. Que mesure l’écart-type expérimental calculé à partir d’une série de résultats ?

Le niveau de confiance associé à une loi de probabilité choisie
La valeur centrale obtenue en additionnant les résultats
La dispersion des résultats autour de leur moyenne
La correction nécessaire pour supprimer un biais instrumental

La dispersion des résultats autour de leur moyenne

Explication

L’écart-type expérimental quantifie l’éloignement des résultats par rapport à leur moyenne et caractérise donc leur dispersion. La moyenne décrit la valeur centrale, tandis que l’intervalle de confiance utilise ensuite une incertitude et un facteur adapté.

19. Pour n mesures indépendantes, comment calcule-t-on l’incertitude-type A de la moyenne ?

uA(G)=σnnu_A(G)=\frac{\sigma_n}{\sqrt{n}}
uA(G)=σnnu_A(G)=\sigma_n\sqrt{n}
uA(G)=nσnu_A(G)=\frac{n}{\sigma_n}
uA(G)=σnn1u_A(G)=\frac{\sigma_n}{n-1}

$$u_A(G)=\frac{\sigma_n}{\sqrt{n}}$$

Explication

L’incertitude-type A de la moyenne est l’écart-type expérimental divisé par la racine carrée du nombre de mesures. Cette relation montre que l’incertitude diminue lorsque le nombre de mesures indépendantes augmente.

20. Pour une source d’erreur décrite par une loi uniforme sur un intervalle d’incertitude de largeur dd, quelle expression donne l’incertitude-type B ?

uB=d6u_B=\frac{d}{6}
uB=d12u_B=\frac{d}{\sqrt{12}}
uB=d8u_B=\frac{d}{\sqrt{8}}
uB=d24u_B=\frac{d}{\sqrt{24}}

$$u_B=\frac{d}{\sqrt{12}}$$

Explication

Une loi uniforme conduit à une incertitude-type égale à d/12d/\sqrt{12}. L’expression d/24d/\sqrt{24} correspond à une loi triangulaire, et non à une loi uniforme.

21. Quelle relation définit l’incertitude élargie U(G)U(G) en fonction de l’incertitude-type composée u(G)u(G) et du facteur de couverture kk ?

U(G)=ku(G)U(G)=k\,u(G)
U(G)=u(G)+kU(G)=u(G)+k
U(G)=u(G)kU(G)=\frac{u(G)}{k}
U(G)=u(G)kU(G)=u(G)-k

$$U(G)=k\,u(G)$$

Explication

L’incertitude élargie s’obtient en multipliant l’incertitude-type par le facteur de couverture, selon U(G)=ku(G)U(G)=k\,u(G). La division par kk réduirait l’incertitude au lieu de l’élargir.

22. Deux sources d’erreur indépendantes contribuent à une grandeur GG avec des incertitudes-types u1(G)u_1(G) et u2(G)u_2(G) ; comment calculer l’incertitude-type composée ?

uc(G)=u1(G)u2(G)u_c(G)=u_1(G)-u_2(G)
uc(G)=u12(G)+u22(G)u_c(G)=\sqrt{u_1^2(G)+u_2^2(G)}
uc(G)=u1(G)+u2(G)u_c(G)=u_1(G)+u_2(G)
uc(G)=u1(G)+u2(G)u_c(G)=\sqrt{u_1(G)+u_2(G)}

$$u_c(G)=\sqrt{u_1^2(G)+u_2^2(G)}$$

Explication

Pour des sources indépendantes, les variances s’additionnent avant l’extraction de la racine carrée, d’où uc(G)=u12(G)+u22(G)u_c(G)=\sqrt{u_1^2(G)+u_2^2(G)}. La somme directe des incertitudes ne suit pas la règle de combinaison quadratique.

23. Quelle distinction caractérise l’incertitude-type B par rapport à l’incertitude-type A ?

Elle est déterminée en multipliant une incertitude composée par un facteur de couverture.
Elle est obtenue à partir d’une loi de probabilité choisie pour la source d’erreur.
Elle est calculée à partir d’une série de mesures répétées du même phénomène.
Elle est évaluée en additionnant linéairement toutes les erreurs indépendantes.

Elle est obtenue à partir d’une loi de probabilité choisie pour la source d’erreur.

Explication

L’incertitude-type B est l’écart-type associé à une loi de probabilité choisie selon la source d’erreur. Une série de mesures répétées sert plutôt à calculer une incertitude-type A.

24. Quels éléments composent la chaîne de mesure thermique décrite pour une température comprise entre 0 et 100 °C ?

Un thermocouple, un amplificateur, un convertisseur 4–20 mA et une numérisation sur 16 bits.
Un capteur Pt100, un conditionneur, un convertisseur 0–10 V et une numérisation sur 12 bits.
Une sonde infrarouge, un conditionneur, un convertisseur 0–20 V et une numérisation sur 8 bits.
Un capteur Pt100, un filtre analogique, un convertisseur 0–5 V et une numérisation sur 10 bits.

Un capteur Pt100, un conditionneur, un convertisseur 0–10 V et une numérisation sur 12 bits.

Explication

La chaîne comprend un capteur Pt100 de 0 à 100 °C, un conditionneur de 0 à 100 °C, un convertisseur de 0 à 10 V et une numérisation sur 12 bits. Les autres chaînes modifient au moins l’un de ces éléments ou leurs caractéristiques.

25. À 40 °C, quelle valeur obtient-on pour l’incertitude-type du capteur Pt100 de classe A lorsque ΔT=0,15+0,002×40\Delta T=0,15+0,002\times40 ?

u1(T)=0,460 Cu_1(T)=0,460\ ^\circ\mathrm{C}
u1(T)=0,230 Cu_1(T)=0,230\ ^\circ\mathrm{C}
u1(T)=0,132 Cu_1(T)=0,132\ ^\circ\mathrm{C}
u1(T)=0,087 Cu_1(T)=0,087\ ^\circ\mathrm{C}

$$u_1(T)=0,132\ ^\circ\mathrm{C}$$

Explication

Le calcul donne ΔT=0,23 C\Delta T=0,23\ ^\circ\mathrm{C}, puis u1(T)=ΔT/3=0,132 Cu_1(T)=\Delta T/\sqrt{3}=0,132\ ^\circ\mathrm{C}. La valeur de 0,230 °C correspond à ΔT\Delta T avant conversion en incertitude-type.

26. Quel résultat exprime correctement la mesure thermique à 40 °C lorsque l’incertitude-type composée vaut 0,2 C0,2\ ^\circ\mathrm{C} et que k=2k=2 ?

T=(40,0±0,4) CT=(40,0\pm0,4)\ ^\circ\mathrm{C}, avec une incertitude relative de 1 %.
T=(40,0±0,2) CT=(40,0\pm0,2)\ ^\circ\mathrm{C}, avec une incertitude relative de 0,5 %.
T=(40,0±0,8) CT=(40,0\pm0,8)\ ^\circ\mathrm{C}, avec une incertitude relative de 2 %.
T=(40,0±1,0) CT=(40,0\pm1,0)\ ^\circ\mathrm{C}, avec une incertitude relative de 2,5 %.

$$T=(40,0\pm0,4)\ ^\circ\mathrm{C}$$, avec une incertitude relative de 1 %.

Explication

L’incertitude élargie vaut U(T)=kuc(T)=2×0,2=0,4 CU(T)=k\,u_c(T)=2\times0,2=0,4\ ^\circ\mathrm{C}, soit une incertitude relative de 1 % autour de 40 °C. La valeur de 0,2 °C est l’incertitude-type composée, pas l’incertitude élargie.

27. Pour étudier expérimentalement l’influence de la température par la méthode de type A, quelle démarche faut-il suivre ?

Mesurer la température à intervalles réguliers, calculer la moyenne, puis l’écart-type.
Consulter la température prévue par le système, puis calculer l’écart-type associé.
Choisir une loi uniforme pour l’erreur, puis multiplier son écart-type par deux.
Déterminer la pleine échelle de l’instrument, puis convertir sa justesse en température.

Mesurer la température à intervalles réguliers, calculer la moyenne, puis l’écart-type.

Explication

La méthode de type A repose sur une série de mesures répétées, dont on calcule la moyenne puis l’écart-type. La consultation d’informations préalables sur le système relève de la méthode de type B.

28. Un système de climatisation prévoit une température de 20±2 C20\pm2\ ^\circ\mathrm{C}, sans série de mesures disponible ; quelle méthode d’évaluation convient ?

La méthode de type B, fondée sur les caractéristiques prévues du système.
La méthode de type A, fondée sur une moyenne de mesures répétées.
La méthode de type A, fondée sur la résolution du convertisseur.
La méthode de type B, fondée sur l’écart entre deux mesures successives.

La méthode de type B, fondée sur les caractéristiques prévues du système.

Explication

La méthode de type B utilise une information préalable sur le système, ici la régulation prévue à 20±2 C20\pm2\ ^\circ\mathrm{C}. La méthode de type A nécessiterait une série de mesures répétées permettant de calculer une moyenne et un écart-type.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 62 flashcards sur Métrologie et incertitudes de mesure.

Qu'est-ce que l'instrumentation ?

La technique de mise en œuvre d'instruments de mesure pour créer un système d'acquisition ou de commande.

Que fait une chaîne d'acquisition ?

Elle transforme une grandeur physique en signal électrique exploitable.

Quels sont les principaux éléments d'une chaîne d'acquisition ?

Le capteur, le conditionneur, la métrologie et la carte d'acquisition.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Métrologie et incertitudes de mesure.

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