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Theses Year : 2016

The value of uncertainty: the evaluation of the precision of physical measurements and the limits of experimental knowledge

La valeur de l’incertitude : l’évaluation de la précision des mesures physiques et les limites de la connaissance expérimentale

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Fabien Grégis

Abstract

A measurement result is never absolutely accurate: it is affected by an unknown “measurement error” which characterizes the discrepancy between the obtained value and the “true value” of the quantity intended to be measured. As a consequence, to be acceptable a measurement result cannot take the form of a unique numerical value, but has to be accompanied by an indication of its “measurement uncertainty”, which enunciates a state of doubt. What, though, is the value of measurement uncertainty? What is its numerical value: how does one calculate it? What is its epistemic value: how one should interprete a measurement result? Firstly, we describe the statistical models that scientists make use of in contemporary metrology to perform an uncertainty analysis, and we show that the issue of the interpretation of probabilities is vigorously debated. This debate brings out epistemological issues about the nature and function of physical measurements, metrologists insisting in particular on the subjective aspect of measurement. Secondly, we examine the philosophical elaboration of metrologists in their technical works, where they criticize the use of the notion of “true value” of a physical quantity. We then challenge this elaboration and defend such a notion. The third part turns to a specific use of measurement uncertainty in order to address our thematic from the perspective of precision physics, considering the activity of the adjustments of physical constants. In the course of this activity, physicists have developed a dynamic conception of the accuracy of their measurement results, oriented towards a future progress of knowledge, and underlining the epistemic virtues of a never-ending process of identification and correction of measurement errors.
Un résultat de mesure n’est jamais exact : il est affecté d’une « erreur de mesure », inconnue, qui caractérise l’écart entre la valeur obtenue et la « valeur vraie » de la grandeur visée. Par conséquent, un résultat de mesure acceptable ne peut pas se présenter sous la forme d’une unique valeur numérique, mais doit être accompagné d’une indication de l’« incertitude de mesure » qui lui est attachée, laquelle énonce un doute. Mais quelle est la valeur de l’incertitude de mesure ? Quelle est sa valeur numérique : comment la calcule-t-on ? Quelle est sa valeur épistémique : comment peut-on interpréter un résultat de mesure ? Dans un premier temps, nous décrivons les modèles statistiques auxquels les scientifiques font appel dans la métrologie contemporaine pour effectuer l’analyse d’incertitude, et nous montrons que la question de l’interprétation des probabilités y fait l’objet d’un débat très vif. Ce débat fait émerger des questions épistémologiques sur la nature et la fonction de la mesure physique, les métrologues insistant de plus en plus sur le caractère subjectif de cette dernière. Dans un second temps, nous examinons l’élaboration philosophique des métrologues dans leurs ouvrages techniques, où ceux-ci critiquent l’usage de la notion de « valeur vraie » d’une grandeur, et nous remettons en question cette élaboration en défendant à notre tour une telle notion. La troisième partie se tourne vers un usage spécifique de l’incertitude de mesure pour aborder la thématique sous l’angle de la physique de précision, au travers de l’activité des ajustements des constantes de la physique. Au cours de celle-ci, les physiciens développent une conception dynamique de l’exactitude des résultats de mesure, orientée vers le progrès futur en soulignant les vertus épistémiques d’un processus sans fin d’identification et de correction des erreurs de mesure.
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Cite

Fabien Grégis. La valeur de l’incertitude : l’évaluation de la précision des mesures physiques et les limites de la connaissance expérimentale. Histoire, Philosophie et Sociologie des sciences. Université Paris Diderot (Paris 7), Sorbonne Paris Cité, 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01553086v3⟩
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