Les étapes de la recherche scientifique

Rédigeant un billet, et voulant renvoyer mes amis vers une description de la méthode scientifique (pour les sciences de la nature, ou sciences quantitatives), je m'aperçois que cette description figure dans mon livre "{Cours de gastronomie moléculaire N°1 : Science, technologie, technique (culinaires), quelles relations ?}" (éditions Quae/Belin), mais qu'elle ne figure pas dans ce blog. Il faut absolument réparer cela.

A noter que la description que je donne a été testée devant les assemblées scientifiques les plus élevées, et notamment devant plusieurs lauréats du prix Nobel, ainsi que  devant des sommités des sciences chimiques, en de très nombreuses occasions, et tout particulièrement, le 4 juillet 2015, à Strasbourg (voir [http://www.canalc2.tv/video/1347->http://www.canalc2.tv/video/1347]2).
Comme personne ne m'a fait observer que j'étais dans l'erreur, je continue  de propager ma vision des choses (fondées, quand même, sur un examen soigneux de l'histoire des sciences et de l'épistémologie).

Je propose donc de considérer que la recherche scientifique se fait par les étapes suivantes, lesquelles constituent la "méthode scientifique" (pour les sciences de la nature, ou sciences quantitatives) :

1. identification d'un phénomène
2. quantification du phénomène
3. réunion des données quantitatives en "lois" synthétiques
4. par un processus d'induction, recherche des mécanismes quantitativement compatibles avec les lois identifiées, ce qui constitue une "théorie", un "modèle"
5. recherche de conséquences  de la théorie
6. tests expérimentaux de ces conséquences, ou "prévisions théoriques", en vue d'une réfutation, qui permettra de revenir à 1, et ainsi de suite à l'infini.

On ne  dira jamais assez que  toute théorie scientifique est fausse (disons insuffisante), et que l'on ne peut donc pas "démontrer scientifiquement", mais seulement réfuter. Autrement dit, l'activité scientifique produit des connaissances en réfutant les théories qu'elle produit.

On ne dira jamais assez, d'autre part, que les sciences de la nature ne sont pas un discours comme les autres : les théories, même si elles sont insuffisantes, comme on l'a vu plus haut, sont quantitativement compatibles avec les caractérisations quantitatives des phénomènes.
Les lois sont, évidemment, des façons synthétiques de donner des faits le plus juste possible, compte tenu des moyens de mesure à un moment donné, et les mécanismes proposés ne le sont pas au  hasard, mais parfaitement en accord avec les caractérisations quantitatives.

Et c'est ainsi que les sciences de la nature  sont particulières... et merveilleuses !

Vient de paraître aux Editions de la Nuée Bleue : Le terroir à toutes les sauces (un traité de la jovialité sous forme de roman, agrémenté de recettes de cuisine et de réflexions sur ce bonheur que nous construit la cuisine)

Est-on obligé de passer par les équations ? (sic)

Une discussion, aujourd'hui, à propos  des méthodes de la science, avec des amis venus du monde de la chimie et de la biochimie et qui, en confiance, m'avouaient avoir des difficultés avec les calculs (c'est un fait que de nombreux étudiants attirés par les "sciences, technologie, technique", mais qui n'aiment pas calculer vont plutôt en biologie ou en chimie qu'en physique). 

La discussion a tourné autour de cette phrase de l'un d'entre eux :

"Est-on vraiment obligé de passer par les équations ?".
En d'autres termes, peut-on faire de la recherche scientifique sans calcul ? 



On se rappelle que, jusqu'à plus ample informé, la science produit des connaissances par le mouvement suivant : 

1. identification d'un phénomène, centrage sur ce dernier

2. caractérisation quantitative du phénomène

3. réunion des innombrables données de mesure en lois "synthétique"

4. recherche de mécanismes compatibles quantitativement avec les lois

5. recherche d'une prévision théorique testable

6. expérience pour tester la prévision

J'ai souvent réclamé publiquement que l'on me contredise, à propos de cette méthode, mais la seule chose que l'on m'ait objectée, c'est que les sciences de l'humain et de la société ne fonctionnent pas ainsi... ce que je sais parfaitement, puisque ce sont les sciences de la nature qui m'intéressent de façon professionnelle et pour lesquelles je propage la méthode ci-dessus. Sans contradiction, je dois donc continuer d'avoir l'idée présentée plus haut... en reconnaissant que le chemin tout entier n'est pas obligatoire : une personne qui ferait une partie du chemin est déjà sur la voie de la science de la nature. 

Finalement, peut-on donc se passer d'équations ? 

Pour l'identification d'un phénomène, sans doute... bien que, souvent, et surtout dans notre XXIe siècle qui a déjà bénéficié de beaucoup  d'avancées, les phénomènes soient souvent décrits par des équations. 

Pour la caractérisation quantitative des phénomènes ? Souvent il s'agit d'utiliser un instrument de mesure, dont le fonctionnement repose souvent sur des équations. Par exemple, imaginons que nous fassions des études rhéologiques, à l'aide d'un viscosimètre qui mesure les deux paramètres G' et G'' : on peut évidemment se limiter à enregistrer les valeurs et à les afficher, pour montrer des variations... mais on aura fait un simple travail technique, et l'on n'aura pas "compris" les variations. De même pour de l'analyse chimique, où l'on aurait utilisé un appareil de résonance magnétique nucléaire pour produire des spectres, avec des signaux que l'on aura éventuellement attribué à des protons particuliers de molécules  particulières. De même pour de l'analyse thermique différentielle, de même pour de la spectroscopie infrarouge, de même pour... Oui, pour un travail technique, on peut éviter des équations et se focaliser sur les signaux recueillis, que l'on captera par des logiciels où les équations sont mises en oeuvre, masquées à l'utilisateur tout comme les engrenages d'une boîte de vitesse d'automobile sont invisibles au conducteur. 

Pour la réunion des données en lois ? En science des aliments, il y a souvent l'affichage des valeurs de mesure sous la forme de graphiques, où des variations apparaissent. Dans une dizaine d'articles  que je viens de regarder (les dernières publications que notre groupe avait recueillies, sur des thèmes variés : la créatine dosée dans l'urine par RMN, la peronatine dans des champignons, les composés odorants du chocolat...), il n'y avait pas d'équations, et les courbes étaient interprétées par des propositions non quantitatives. Autrement dit, c'est un fait qu'une large partie de la communauté se passe des équations, dans cette tâche particulière. 

La recherche de mécanismes fondés quantitativement sur les lois dégagées ? Là, on rejoint ce qui vient d'être dit, à savoir que de nombreux articles de science des aliments ne font pas ce travail... où les équations s'introduiraient. 

Enfin les tests des prévisions expérimentales : souvent, on part d'équations que l'on teste, puisque les équations sont les modèles quantitatifs. 



Finalement, l'équation est partout, et, sans doute non, on ne "peut pas éviter les équations"... mais quelle formulation !
Ne devrions-nous pas plutôt dire : peut-on faire de la science (de la nature) en se privant du bonheur du calcul ? 









Vient de paraître aux Editions de la Nuée Bleue : Le terroir à toutes les sauces (un traité de la jovialité sous forme de roman, agrémenté de recettes de cuisine et de réflexions sur ce bonheur que nous construit la cuisine)

Samedi 11 mai 2013: Vive les sciences quantitatives ! : Les beautés du calcul

Samedi 11 mai 2013: Vive les sciences quantitatives ! : Les beautés du calcul

La vulgarisation scientifique est évidemment essentielle : il s'agit de partager avec la communauté tout entière les résultats des sciences quantitiatives, de souder la communauté humaine autour du projet extraordinaire des sciences de la nature, de la Connaissance !

Toutefois ma longue pratique de la vulgarisation (ah, ce merveilleux journal qu'est Pour la Science ! Ah, cette merveilleuse émission de télévision que fut un temps Archimède, sur Arte ! ah...) m'a montré une limite de l'entreprise : dans les articles, films, podcasts, etc. on montre des phénomènes, des expérimentations, mais jamais on ne montre les calculs. Pis encore, je me souviens d'un livre célèbre de vulgarisation par Stephen Hawkings, où ce cosmologiste racontait que son éditeur lui avait formellement déconseillé de mettre des équations dans le livre, sous peine qu'il ne se vende pas. Telle est l'idée générale, dans le monde des sciences de la nature, des sciences quantitatives, comme dans le monde de la vulgarisation scientifique.

Pourtant les sciences quantitatives ont cela de particulier qu'il s'agit de tout « nombrer », comme le disait Francis Bacon, un des pères de la science moderne, de tout mesurer... Et c'est parce que Galilée procéda ainsi qu'il introduisit une véritable science du mouvement, après des sciences de baratin philosophique. Oui, il faut dire que c'est parce que les sciences quantitatives font usage constant du calcul qu'elles évitent des théories fumeuses. Le calcul, c'est la composante essentielle des sciences quantitative, leur particularité... Il ne s'agit pas de faire des mathématiques, qui sont une activité de découverte des structures mathématiques. Non, il s'agit d'utiliser les outils des mathématiciens, et d'autres que l'on peut introduire en cas de besoin, afin de décrire les phénomènes, de chercher des lois... Cette utilisation impose des compétences... « Impose » ? Non, le mot est mal chosi, car on devrait dire au contraire que la nécessité de calculer donne la merveilleuse possibilité d'obtenir des compétences nouvelles, de calcul ; la nécessité de calculer nous conduit à apprendre. N'est-ce pas merveilleux ?

Oui, merveilleux... mais le plus remarquable, c'est que le calcul, au fond, est quelque chose de très simple... à condition de s'entraîner : plus on en fait, mieux on en fait ! Progresivement, on apprend à découvrir un monde abstrait, merveilleux, qui s'ajoute à celui des phénomènes, qui se superpose en quelque sorte. Autrement dit, les gens des sciences quantitatives vivent dans deux mondes : le monde matériel connu, et le monde immatériel du calcul.

Je disais que la vulgarisation avait des limites, à savoir que, jusqu'à présent, elle a cherché à éviter de montrer ce monde merveilleux, mais chaque génération peut se charger des tâches de son époque : je propose que les vulgarisateurs de talent du XXI e siècle s'emparent de cette nouvelle tâche, et qu'ils apprennent progressivement à montrer à tous les beautés merveilleuses du calcul.

Vive les sciences quantitatives ! : La puissance des lois

Samedi 4 mai 2013 :

Vive les sciences quantitatives ! : La puissance des lois

Alors que des anthropologues s'intéressent à la science et, parfois, la critiquent, prétendant que les scientifiques tombent dans le panneau qui consiste à croire que la science est une recherche de vérité, il me semble essentiel de dire aux plus jeunes que les sciences quantitatives sont éblouissantes. Elles le sont pour mille raisons et je profiterai de ces billets pour en donner quelques unes. 

Aujourd'hui, je veux faire état de la puissance des lois. Non pas les lois que les êtres humains votent dans les parlements, parce que, précisément, la science n'est pas démocratique : le fait que 2+2=4 n'est pas soumis à l'approbation des peuples.

Non, quand je dis loi, je dis relation régulière entre des paramètres de nature différentes. Par exemple l'intensité d'un courant électrique et la différence de potentiel aux bornes d'un circuit. Ou bien la relation entre une force et l'accélération d'un corps sur lequel cette force agit ; etc. Ces lois peuvent s'exprimer sous la forme de proportionnalité, par exemple, ou de tout autre relation mathématique. 

Ce qui est fascinant dans l'affaire, notamment car il y a mille fascinations à bien dépister dans les sciences quantitatives, c'est que ces lois s'établissent par « induction » à partir d'un petit jeu de données. Par exemple, on mesure un petit nombre de forces et un petit nombre d'accélérations correspondantes. Avec cela, les scientifiques repèrent une relation mathématique caractéristique, telle une proportionnalité, et ils annoncent au monde que cette relation est « vraie », disons s'applique, partout dans l'Univers, et en tous temps. Le plus merveilleux de l'affaire, c'est que, dans certaines limites qu'il faut évidemment définir, ils ont raison !

Quelle puissance !

Les premières fraises sont là

Mardi 30 avril : La Connaissance par la lorgnette de la gourmandise : les premières fraises sont là...

Les premières fraises sont là... et l'on dit qu'il ne faut pas les laver, sans quoi elles perdent leur goût.

Je déteste ce genre d'indications, parce qu'elles ne sont assorties d'aucune aide ! Souvent, on ne dispose que de fraises qui ont besoin d'être lavées, d'un côté, et l'on est entravé par un « savoir » d'autre part. Que faire ?

Les sciences quantitatives ont ceci de merveilleux qu'elle est très irrespectueuse des savoirs ! Contrairement aux fausses sciences, aux pseudo-sciences que des charlatans exercent le plus souvent aux dépens du porte-monnaie des citoyens, les sciences quantitatives ne cessent de chercher à réfuter les savoirs... en vue d'en améliorer la qualité. Elles ne cessent de « travailler » en vue de produire autre chose que du toc, que du sable ; elles ne cessent d'affermir le socle intellectuel sur lequel nous reposons notre pensée.

Bref, face à nos fraises sales, il faut réfléchir, et, mieux encore, réfléchir en physico-chimiste. Cette réflexion doit-elle être d'abord une analyse de ce qui se passerait si l'on lavait les fraises ? Je crois que non : pourquoi chercher des effets à une cause qui n'existerait pas ? Ce serait là une grande perte de temps ! Il vaut bien mieux commencer par expérimenter, et c'est cela qui est fait, chaque mois depuis maintenant plus de 12 ans, dans nos « séminaires INRA de gastronomie moléculaire » : nous partons d'une « précision culinaire », et nous la testons.

Une parenthèse, à nouveau, à propos de la terminologie « précision culinaire » : elle désigne tout ce qui n'est pas une « définition ». Par exemple, à propos de bouillon de boeuf, la définition du mets est la suivante : prendre de la viande, de l'eau, et chauffer pendant quelques heures. A cette définition s'ajoutent une série de précisions, qui sont nommées selon les cas proverbes, astuces, trucs, tours de main, dictons, on dit, maximes... Par exemple... « on dit que les fraises ne doivent pas être lavées sans quoi elles perdent leur goût ».

Ce point de terminologie étant fait, pardonnez moi d'en ajouter un autre, parce que le titre du séminaire est « séminaire de gastronomie moléculaire » : gastronomie moléculaire ? Je sais que même parmi les scientifiques engagés dans la science des aliments, il reste une confusion entre gastronomie moléculaire et cuisine moléculaire. C'est pourtant simple : la cuisine moléculaire, c'est de la cuisine ; et, plus précisément, une cuisine qui se fait à l'aide d'ustensiles rénovés, modernisés. La gastronomie moléculaire, d'autre part, c'est de la physico-chimie, une science quantitative qui cherche les mécanismes des phénomènes qui surviennent lors des opérations culinaires. Si on lave une fraise et si elle perd son goût, alors la gastronomie moléculaire s'intéresse à l'éventuelle perte de goût de la fraise...

Mais la fraise perd-elle sont goût quand elle est lavée ? L'expérience, donc, a été faite lors d'un séminaire : nous avons choisi des fraises de diverses variétés, nous avons lavé certaines, pas d'autres, et nous avons organisé une analyse sensorielle, afin de savoir s'il y avait perte de goût des fraises lavées... et nous n'avons finalement observé aucune différence !

Amies cuisinières, amis cuisiniers, ne craignez plus de laver vos fraises, car même après une minute de trempage de fraises coupées, le goût n'était pas affaibli de façon détectable par les dégustateurs que nous avions réunis !

Les sciences "nombrées" sont des "sciences quantitatives".

Samedi 27 avril 2013 :

Vive les sciences quantitatives ! : de quoi s'agit-il ?

Diderot écrivait « Il faut travailler, il faut être utile, on doit rendre compte de ses talents ». Ses talents ? Je veux bien travailler, et, surtout, je veux être utile, malgré mes faibles talents.

Etre utile : tous les samedis, dans ce blogs, il s'agira de partager un émerveillement pour cette merveilleuse entreprise qui est (fautivement je crois) nommée science. Emerveillement : oui, car les sciences, la Connaissance, et, surtout, ce mouvement très vigoureux de recherche de la Connaissance, plutôt que le contentement du Savoir) est véritablement remarquable, surtout quand il ne s'accompagne donc pas d'une satisfaction d'être « savant » (mot que je déteste, parce qu'il nous confit dans notre ignorance, laquelle est en réalité considérable), mais quand il est plutôt dans une sorte de nostalgie de l'inconnu.

Bref, tous les samedis, il sera de partager du bonheur de voir des collègues défricher le monde, lever un coin du grand voile, repousser un peu (ou beaucoup) les limites de la connaissance.

Cela dit, aujourd'hui, ce qui m'intéresse, c'est plutôt de discuter le mot « science », parce que j'ai compris que les « sciences dures » l'avaient confisqué. Il y a peu, on parlait de la science du cuisinier, et les sciences humaines, qui veulent aussi produire du savoir, de la connaissance, ont bien raison de se nommer science.

Pour autant, je maintiens que les sciences dures ont une singularité, et qu'elles ne doivent pas être confondues avec les sciences de l'homme et de la société. D'où ma proposition : ne nous arrêtons plus au mot « science », mais accolons lui toujours le mot « quantitative », quand il s'agira de sciences « dures ».

Aurions-nous pu garder l'expression « sciences dures » ? Je ne crois pas, car l'expression est familière, et il n'y a pas de « dureté » dans les sciences dures : seulement l'usage (absolument remarquable) d'une Méthode, laquelle passe par l'utilisation du Nombre pour border les divagations.

Comment les autres sciences font-elles pour ne pas dire n'importe quoi ? C'est une question qui leur revient. Pour ce qui me concerne -physique, biologie, géophysique, etc.-, je crois que la méthode est bien « délimitée » (voir mon livre « Science, technologie, technique : quelles relations », Quae/Belin, Paris). Nous avons le devoir de la faire connaître !

La physico-chimie

Jeudi 25 avril 2013 :

La beauté est dans l'oeil de celui qui regarde : la physico-chimie !

Permettez-moi de vous dire combien j'aime cet exercice d'émerveillement ! Je regarde un objet de mon environnement... et j'essaie de vous faire partager mon enthousiasme. La physico-chimie ? Il y a beaucoup de syllabes, et puis, physique et chimie d'un seul coup, ça fait une grosse bouchée, non ?

Pourtant, pour peu que l'on prenne les choses par l'autre bout, tout va comme sur du velours.

Par exemple, pourquoi le potage refroidit-il quand on souffle dessus ? Le phénomène est connu, quotidien, et banal, ennuyeux, même. Mais pour peu que l'on nous invite à imaginer que le potage est un monde de petits objets qui grouillent, les molécules d'eau (plus d'autre qui donnent du goût) et qui, quand ils sont assez rapides, peuvent s'élever dans l'air, où ils cognent les molécules d'air, alors une sorte de grande fresque se découvre.

Ensuite, tout s'enchaîne : évidemment, seules les molécules les plus rapides peuvent s'échapper, car il faut ajouter que les molécules d'eau « collent entre elles ». Une notion de plus, mais élémentaire  à nouveau : quand la température est élevée, les molécules sont rapides.

D'où la conclusion : si les molécules les plus rapides du potage quittent celui-ci, alors celles qui restent sont plus lentes... et donc le potage disparaît, en vertu du second point ajouté.

Ca y est : nous avons maintenant devant les yeux le tableau qui nous permet de comprendre les rouages du monde. Le voilà, le véritable enchantement : voir plus loin que les phénomènes banals, quotidiens, les interpréter en termes chimiques (les molécules) et physiques (leurs évolutions). C'est cela, la physico-chimie : grisant, non ?