De la science vers la technologie - Diesel

L'analyse du cas suivant va nous permettre de dégager d'autres routes vers la réalisation de hauts faits technologiques. La motivation première de Diesel, alors jeune ingénieur, est de réaliser le moteur idéal, isotherme, présentant le cycle de Carnot et dont le rendement énergétique est maximal (hors série n°31, février 1996, Cahiers de Science et Vie, les grands ingénieurs). Les premiers brevets déposés iront dans ce sens mais les réalisations technologiques s'avèreront assez éloignées de leurs préconisations, ce qui posera d'ailleurs quelques problèmes à leur auteur. La conception des premiers moteurs Diesel est basée sur l'association inédite de systèmes déjà existants tels que la pulvérisation du combustible, une compression élevée, une inflammation par contact avec des surfaces chaudes, ceci pour créer un moteur tendant vers l'isothermie, à forte température et pression où le combustible s'enflamme spontanément à l'intérieur du cylindre. La réussite viendra également du fait que les firmes qui pousseront Diesel (Augsburg et Krupp), ne possèdent pas de spécialiste de combustion interne tel que l'ingénieur Langen, qui ayant entrevu les problèmes pratiques de ce type de moteur, refusera d'avancer dans cette voie. Trop de connaissances peuvent parfois agir comme agent bloquant. Un certain nombre d'avancées scientifiques ont ainsi pu voir le jour parce que leur inventeur ne savait pas qu'elles seraient impossibles à réaliser... Le meilleur comportement à adopter reste sans doute celui d'essayer et de garder la foi dans ses idées même si les premières réalisations sont décevantes. C'est ce que fit Diesel. Et quand on voit maintenant le rôle que tient le moteur Diesel dans les transports, il est douloureux de penser que son inventeur disparut dans l'océan à l’age de 55 ans en 1913, miné par des problèmes économiques et des tracasseries administratives.
En dernier ressort, la distinction à faire n'est pas tant entre science fondamentale et science appliquée ou technologique, en prenant comme critère le plus ou moins long terme des retombées industrielles, mais bien entre la recherche « révolutionnaire », génératrice de nouveaux paradigmes, et la recherche incrémentale ou « normale », les termes de révolutionnaire et normale étant pris au sens de Kuhn (« La structure des révolutions scientifiques », 1983) . Si la première est finalisée comme la seconde, et des exemples récents sont là pour le prouver, le bénéfice pour la société en sera d'autant plus grand. L'émergence de nouveaux concepts peut très bien résulter d'un souci très pragmatique. Les retombées seront alors immédiates et la science aura fait un bond en avant. Cette démarche demande sans doute une agilité intellectuelle hors normes. Mais les résultats sont tellement enthousiasmants que toute formation d'ingénieurs ou de scientifiques devrait être pensée dans ce sens. L'homme de science se rapprocherait ainsi de l’idéal rêvé par des générations de penseurs : les pieds sur terre et la tête dans les étoiles.

De la science vers la technologie - Pasteur

Les premiers travaux de Pasteur, chimiste et cristallographe de formation, porte sur les propriétés optiques des tartrates (« 200 ans de science, 1789‑1989 », Science et Vie, Hors série n°166, mars 1989). Certaines espèces dévient la lumière polarisée vers la droite (dextrogyres) d'autres vers la gauche (lévogyres) et Pasteur reconnaît là deux formes moléculaires symétriques dans un miroir. Il s'agit là des premières observations d'une science, la stéréochimie, étude de l'arrangement des atomes dans les molécules, qui fournira les concepts de base à la biologie moléculaire et à la pharmaceutique. Une méthode pour séparer les deux formes consistent à faire vivre des moisissures (penicillium glaucum) sur les tartrates. Les micro-organismes ne se nourrissent que de la forme droite et laissent donc apparaître comme résidu la forme gauche. Le hasard est parfois d'une aide précieuse puisque cette technique résulte de l'observation de coupelles de tartrates oubliées sur un rebord de fenêtre et envahies par le moisi... Comme le croisement de la cristallographie et de l'optique fonda la stéréochimie, le croisement de la physiologie et de la chimie ouvrit un domaine à l'avenir prometteur, celui de la maîtrise des micro-organismes. Nous entrons alors dans la période de recherche finalisée. Pasteur fut motivé dans ces recherches sur la fermentation par les brasseries industrielles de Lille et sur les maladies infectieuses par les instances nationales (production agricole et santé publique). Nous mesuront ainsi les points clés qui déterminèrent la réussite de Pasteur : le croisement de disciplines différentes, une forte motivation pour des applications industrielles et médicales doublées d'un esprit d'observation hors du commun (il réalisa adolescent des portraits très ressemblants). Nous avons déjà mentionné dans le billet « Le social et le scientifique » de mai 2010 , les raisons moins scientifiques de sa domination et de l'établissement de son mythe.

De la science vers la technologie - Introduction

Beaucoup d'exemples cités dans de précédents billets participent de ce transfert, de la science dite fondamentale vers les applications technologiques. Cette démarche de recherche finalisée permet l'émergence de l'innovation sous forme de sauts scientifiques et technologiques. La distinction des sciences fondamentales ou appliquées, théoriques ou expérimentales, « dures » ou « molles », n'est plus de mise quand on se trouve confronté au problème de la création et de l'innovation comme en témoigne Yves Quéré dans l’introduction à son cours de  « Physique des matériaux » de l’Ecole Polytechnique.

 La recherche industrielle illustre dans la plupart des cas ce transfert des concepts scientifiques vers les applications technologiques. Les premiers laboratoires industriels furent créés vers la fin du XIXème siècle dans les grandes sociétés orientées vers la production de l'électricité, de l'acier, des engrais, du sucre, des médicaments, des colorants et du pétrole, sociétés situées dans des pays en voie de forte industrialisation comme les USA ou l'Allemagne (SERRES M. (1989) « Eléments d'histoire des sciences »). Leur création a surtout été liée dans les débuts au besoin de contrôle de la standardisation nécessaire au développement de ces sociétés. 
La recherche industrielle fonctionne intrinsèquement comme la recherche académique, mais le contexte historique n'est pas restitué contrairement aux recherches dites pures qui elles sont réintégrées au sein des travaux préexistants pour justifier de leur cohérence avec eux. La recherche industrielle vit essentiellement dans le présent. Retrouver sa dimension historique permettrait néanmoins, même si cette opération est délicate, de réinsérer ce domaine d'activité dans notre culture.

Pour illustrer cette recherche finalisée nous prendrons le cas de deux scientifiques qui ont pourtant été classés par l'histoire dans deux catégories bien différentes : celle des savants désintéressés préoccupés seulement de science pure avec Pasteur et celle des ingénieurs tournés vers la technologie et le rendement avec Diesel. Ces catégories sont en fait arbitraires puisque nous verrons l'un et l'autre préoccupés de trouver des applications à des concepts de grande portée scientifique.

Les analogies et leurs limites (2/2)

Si le modèle analogique est suivi trop strictement, certaines de ses conséquences ne seront pas forcément pertinentes pour le sujet traité et peuvent même inhiber la progression de la connaissance. L'idée de l'atome, introduite par Zénon d'Elée en 460 av. J.C., développée par Leucippe et Démocrite à cette même période, sera très controversée jusqu'à l'expérience décisive de Perrin en 1910. L'existence même de l'atome sera considérée comme évidente lorsqu'on aura réussi à le diviser dans les expériences de fission. L'atome, en tant que particule insécable par définition, disparaît donc au moment où son existence devient irréfutable ! La controverse à la fin du XIXème siècle faisait donc rage entre les énergétistes et les atomistes, les premiers reprochant aux seconds d'avoir fait d'une représentation, d'un concept imagé, certes commode, un véritable objet réel. Pour eux la petite phrase célèbre dans un contexte plus poétique « Dessine moi un atome » était porteuse de dérives dangereuses.

Les physiciens du début du XXème siècle ont beaucoup utilisé les analogies comme outil heuristique et l'atome de Bohr conçu comme un système solaire en miniature a imprégné des générations d'étudiants. Mais il a fallu dépasser les images analogiques pour aller plus loin en mécanique quantique, le monde microscopique n'ayant guère d'équivalent dans notre monde sensible.

Nous terminerons ces deux billets sur les limites de l'analogie par une citation d'I.Stengers : « Certains chimistes du XVIIIème siècle ont tenté de comprendre la réaction chimique à partir du concept newtonien de force d'interaction... par une analogie purement verbale ». 
Mais c’est Lavoisier avec ses bilans (il était fermier général, équivalent de nos TPG actuels) qui mettra la chimie sur les bons rails en démontrant la conservation de la matière durant les réactions, faisant naître ainsi la notion d’élément chimique. Les notions d’interactions atomiques ou moléculaires via le cortège électronique ne viendront que bien plus tard au XXème siècle.

Les analogies et leurs limites (1/2)

Nous avons déjà vu précédemment Descartes et plus tard Maxwell, peupler de tourbillons et de divers mécanismes les espaces laissés vacants par la matière. Ces analogies sont des aides visuelles pour la pensée. Elles permettent la prédiction du comportement des éléments étudiés, mais en aucun cas, elles ne pourront apporter une explication aux processus. L’aspect explicatif des théories n’est pas toujours nécessaire à l'avancée de la science (la nature fondamentale de la gravitation reste toujours inexpliquée malgré les beaux efforts du XXème siècle), mais il reste néanmoins plus satisfaisant pour l'esprit qu'une simple prédiction, principal reproche qu'Einstein énonçait à l'encontre de la mécanique quantique.

L'analyse de la démarche de Carnot va nous donner quelques points de repère. L'objectif de Carnot était de mener une réflexion pratique sur le rôle de la chaleur dans les machines à vapeur pour en augmenter le rendement car à cette époque (1820) l'industrie anglaise était fort en avance grâce à la maîtrise de la vapeur. Carnot énonça ainsi l'un des principes fondamentaux de la thermodynamique qui émane de la liaison travail ‑ échanges de chaleur. Il partit de l'idée admise en son temps que la chaleur était transportée par un fluide indestructible, le calorique et, par analogie avec la chute d'eau, il en conclut que le paramètre fondamental essentiel à la caractérisation du travail fourni est la différence des températures entre corps chauds et froids et non les valeurs absolues de ces températures. L'analogie trouve ses limites dans une proposition non démontrée par Carnot : le rendement est bien proportionnel à T1 ‑ T2, mais il baisse quand T1 augmente. Cette notion ne peut être extraite de l'hydraulique. Cette discipline ne fournira pas non plus l'inspiration pour la découverte des processus fondamentaux des échanges de chaleur. Les phénomènes de diffusion, de convection et de rayonnement ne s'expliqueront, que bien plus tard, par l'agitation moléculaire et la mécanique quantique. La notion de fluide calorique aura alors été abandonnée depuis longtemps.