Emergence d'une science : la chimie moderne avec Lavoisier (2/2)

2° Ensuite, son parcours scientifique assez éclectique associé à une large ouverture d’esprit : il s’adonne en effet au départ à des recherches en géologie (comme Darwin d’ailleurs) et c’est dans le cadre d’études en sédimentologie qu’il s’intéresse à l’analyse chimique de certaines roches. Il demandera dans un premier temps à l’Académie de créer une chaire de physique expérimentale et se tourne vers des travaux sur la chaleur et les états d’agrégation de la matière. Il en arrive ainsi à travailler sur des réactions telles que la décomposition et la formation de l’eau à partir de l’oxygène et de l’hydrogène, ce qui porte un coup fatal à la théorie des quatre éléments (air, eau, feu, terre) héritée d’Empédocle et reprise par la suite par Platon, Aristote et par les alchimistes et chimistes jusqu’au XVIIIème. Cette expérience sur l’eau est venue de l’intérêt de la communauté pour le développement des aérostats, surtout celui de Charles gonflé à l’hydrogène. Il fallait produire ce gaz en quantité et l’une des manières est de décomposer l’eau en oxygène et hydrogène. Ses travaux sur la chaleur et la combustion l’amènent également à considérer l’air comme un corps composé dont un des éléments permet la combustion. Il n’y a donc plus besoin de la théorie du phlogistique, substance jusque là invoquée pour expliquer les combustions.

3° Un autre élément essentiel sera aussi les techniques de mesure employées par Lavoisier. Sa fortune personnelle sera mise à contribution pour obtenir des instruments de recueil et de pesée très sophistiqués pour les gaz, constituants jusque là peu pris en compte et mal quantifiés. Ses mesures précises lui permettront de démontrer la conservation de la matière lors des réactions chimiques.

4° La nouvelle nomenclature des substances chimiques permet de couper les ponts avec la chimie ancienne. Les termes reflètent la composition en corps simples et éliminent le phlogistique. Les principes de dénomination restent valables encore de nos jours.

L’histoire se termine pour Lavoisier de manière dramatique puisqu’ il sera guillotiné en tant que fermier général en 1794.

Emergence d'une science : la chimie moderne avec Lavoisier (1/2)

Au milieu du XVIIIe siècle, Lavoisier établit les fondements de la chimie moderne. Pour comprendre cette révolution, il faut définir les concepts et les enjeux qui guidaient auparavant la chimie et ce qui la distinguait de la physique. En 1699, Fontenelle, énonce cette distinction : "La chimie, par des opérations visibles, résout les corps en certains principes grossiers et palpables, sels, soufres, etc. mais la physique, par des spéculations délicates, agit sur les principes comme la chimie a fait sur les corps; elle les résout eux-mêmes en d'autres principes encore plus simples, en petits corps mus et figurés d'une infinité de façons."

En clair, la chimie s'occupe des réactions qui transforment les corps en d'autres corps et la physique essaie de comprendre les interactions entre corps dont l'intégrité est maintenue. La notion la plus importante est alors l'affinité qui détermine quels corps peuvent se combiner entre eux pour en former de nouveaux. On essaie en fait de comprendre pourquoi une réaction est possible. Cette compréhension définitive viendra de la physique quantique qui explique le comportement des électrons. Deux étapes intermédiaires ont été nécessaires entre temps : la quantification des réactions qui a permis à Lavoisier de définir le concept de corps simples puis la construction du tableau de Mendeleïev qui ordonnait non plus les corps simples mais les éléments chimiques suivant de grandes familles dont le comportement chimique était analogue. 

Voyons quelles sont les conditions qui ont permis à Lavoisier de faire entrer la chimie dans les sciences modernes. 

1° Tout d’abord son métier : il était fermier général, c’est à dire qu’il était en charge de la perception des impôts dans sa région. La trésorerie et les bilans comptables afférents n’avaient pas de secret pour lui. Cette compétence, il la mettra en œuvre lors de son passe-temps qu’était la chimie : il fera des bilans de matière en pesant méthodiquement tous les ingrédients entrants et sortants d’une réaction chimique y compris les gaz. Il démontrera ainsi que rien ne se crée et rien ne se perd, qu’il y a en fait recombinaison des constituants de la matière qui deviennent alors des corps simples et que ces corps simples ne sont pas affectés lors de la réaction chimique. Ce transfert de méthode d’un domaine à un autre s’appelle la bisociation et représente l’une des clés de la créativité.

 

La définition de la science a évolué avec le temps.

 La théologie est considérée comme une science au XIIIème siècle :

Il nous paraît curieux que la théologie ait pu être considérée à un moment donné comme une science et qui plus est, la plus importante de toutes. Dieu fait en effet partie du domaine de la croyance depuis le siècle des lumières et quand son existence est prise en compte, il est considéré seulement comme le mystérieux organisateur de l’Univers. Pour bien comprendre le statut de la théologie au milieu du XIIIème, il faut considérer l’évolution de l’enseignement et du corpus des connaissances au moyen âge.

L’enseignement au début du moyen-âge est réservé aux clercs et se pratique essentiellement dans les monastères. Les premières universités ne voient le jour qu’au XIIème pour Bologne et au début du XIIIème pour Paris, Valence, Toulouse, Oxford et Naples. L’enseignement est alors divisé est deux parties le trivium (grammaire, rhétorique, logique) et le quadrivium (arithmétique, géométrie, musique, astronomie). Cet héritage a été transmis par Boèce (VIème) et représente ce qui reste de la science antique puis par les musulmans syriens et perses qui commenteront et développeront certaines disciplines (algèbre). Au milieu du XIIIème, l’œuvre d’Aristote vient compléter ces connaissances. Cette nouvelle philosophie et nouvelle science représente une menace pour la hiérarchie ecclésiastique car elle introduit une vision du monde contraire aux Ecritures : pour Aristote le monde est immortel et n’a pas été créé par Dieu qui n’en est que le moteur, la cause dernière de tous les changements. De plus l’homme n’est pas affilié à Dieu, ce qui remet en question les fondements de la chrétienté. L’université de Paris sera la dernière à accepter l’enseignement d’Aristote.  

Boèce est le commentateur le plus ancien à placer la théologie au sommet de la hiérarchie des sciences. Deux traditions fondées sur le livre : la Bible d’un côté, les écrits d’Aristote de l’autre concourent à cette vision des choses. La science est alors considérée comme la méthode pour accéder à la Vérité que cette dernière soit révélée (la Bible) ou bien qu’elle procède du raisonnement humain (écrits d’Aristote). Une citation de Saint Thomas d’Aquin illustre bien cette approche : « Je réponds que la théologie est une science. Mais il faut savoir qu’il y a deux genres de sciences. Les unes procèdent de principes connus par la lumière naturelle de l’intellect, comme l’arithmétique, la géométrie, etc… Les autres procèdent de principes connus à la lumière d’une science supérieure, …, à savoir la science possédée par Dieu et par les bienheureux. » (Somme théologique). Cette définition très large de la science sera abandonnée quelque temps plus tard. Quand aux critères pour définir la science tels que celui de la réfutabilité, ils ne viendront que bien plus tard au XXème siècle (Popper).

Ce billet est largement inspiré des Eléments d’histoire des sciences, sous la direction de M. Serres, Bordas.    

Les conditions d'apparition de la science moderne (4/4)

·   Suggestion / Affirmation

La peinture chinoise nous apprend également que les choses doivent être suggérées et non pas explicitées. La réalité des choses n'est pas dite, seule leur essence doit être exprimée dans le tableau. L'autre pilier de la science occidentale avec l'objectivité est l'exploitation des faits réels à partir de la généralisation  desquels on peut bâtir une théorie par phénomène d'induction. Il se peut donc que ce type d'appréhension ou de représentation du réel très symbolique ait été un handicap en Chine. Néanmoins, comment expliquer la conceptualisation des monades chez Leibniz et celles des catégories chez Kant si ce n'est par cette approche de l'essence des choses ?

       . Adéquation à une situation / Rôle du hasard

La différence entre hasard et nécessité si chère à l'occident n'existe pas en Chine : le hasard en chine est représenté par un loriot qui se pose où bon lui semble ou plutôt où il faut qu'il se pose : il y a adéquation à une situation, le couplage est nécessaire.

. Idéogrammes / Alphabet

La fabrication de nouveaux mots pour représenter de nouveaux concepts est plus facile avec un alphabet. Nommer présente parfois des dangers (enfermement dans une vision trop restreinte, a priori sur la genèse de la chose représentée) mais reste néanmoins essentiel pour bâtir un corpus de connaissances.

·   La Voie du Milieu (Tao) / Comportement iconoclaste

L'un des soucis permanents de la civilisation chinoise a été de trouver la sérénité, l'équilibre intérieur et l'harmonie. Le Milieu est le lieu virtuel où s'exerce le souffle vital pour acquérir l'équilibre intérieur. Cette recherche est menée en vue d'atteindre l'immortalité sur cette Terre. En occident, le Paradis si on le mérite n'est atteint qu'après la mort. Chaque réussite doit être payée par de la souffrance (concept chrétien). L'innovation en particulier est très souvent obtenue grâce à un phénomène de rupture par rapport à l'existant. Il faut sortir des chemins battus, il faut être iconoclaste pour innover et donc s'écarter de la Voie du Milieu. La Paix et la Sérénité ne sont pas de mise au pays des ingénieurs ingénieux. L'action d'innovation entraîne l'apparition de sentiments forts, exaltation si réussite, abattement en cas d'échec. Ceci est en complète contradiction avec la recherche de la vacuité et l'élimination des désirs excessifs recommandés pour atteindre le bonheur sur Terre. Que faut-il préférer ? En tout cas cette divergence de vue quant à la philosophie de la vie peut sans doute expliquer également la différence d'évolution des sciences chinoise et occidentale.

Les conditions d'apparition de la science moderne (3/4)

·   Mouvement perpétuel / Choses créées une fois pour toutes

Au XVIIIème siècle, les occidentaux étaient créationnistes. Cette vision simplifie beaucoup la recherche du pourquoi et du comment des choses. Les concepts plus évolués, tel que ceux de l'équilibre dynamique et de l'évolution (Livre des Mutations), qui se sont avérés par la suite d'ailleurs beaucoup plus féconds, constituèrent une marche intellectuelle peut être trop haute à franchir d'un seul coup, alors que l'occident passa par des étapes plus frustres mais plus faciles à franchir. Le paragraphe sur la globalité et la systémique avait déjà abordé la question.

·   Sujet et objet confondus / Distanciation du sujet par rapport à l'objet

C'est surtout la peinture chinoise qui nous illustre le mieux ce concept d'interdépendance et d'interpénétration du sujet et de l'objet ou de l'environnement. Les sentiments du peintre et l'essence de la Nature sont en étroite communion. L'expression de l'âme du peintre se fait au travers de la représentation des paysages et du rendu de leur atmosphère. Chaque être humain est une flammèche issue du grand brasier qui symbolise l'humanité. Tous les êtres vivants et tous les éléments naturels sont interdépendants et sont l'expression d'une petite partie de l'Univers. Il n'y a pas de distanciation du sujet par rapport à l'objet, l'objectivation n'est pas réalisée. Mais on sait qu'une des caractéristiques fondamentales de la science occidentale est l'objectivité, l'objet étant pris comme thème d'étude par le sujet, ce qui pose d'ailleurs problème en anthropologie et ethnologie. L'élimination des sensations comme éléments pertinents dans la découverte des lois, car étant souvent trompeuses, a été le principal cheval de bataille du positivisme qui en son temps a bien contribué à l'avancée de la science. Encore une étape nécessaire et qu'il a fallu dépasser par la suite, mais une étape que n'a pas connu la Chine.

François Jullien (in "La grande image n'a pas de forme", 2003, p.194) l’exprime ainsi : "La Chine qui n'a cessé de penser l'immanence et le naturel, n'a pas conçu pour autant la nature comme notion propre et conférant à tout avènement extérieur à notre vouloir, mais qui n'est pas du hasard, selon les distinguos d'Aristote, un statut objectif. Or si, de son côté, l'Europe a pensé la nature comme terme unique c'est qu'elle l'a opposée à la technique... elle en a fait un objet à la fois de savoir et de maîtrise. L'Europe a tiré bénéfice de ce partage très, peut-être trop commode : la nature et par principe connaissable, donc aussi dominable, tandis que tout l'insondable se trouvait condensé et bloqué - économiquement - par la figure de Dieu; l'exploration de la nature, on le sait, c'est faite, dans la science classique européenne, adossée à Dieu et garantie par lui. Chez Descartes, l'idée de Dieu garantit la possibilité d'une science objective de la nature."

Les conditions d'appartition de la science moderne (2/4)

3) Tentatives d'explication de la divergence d'évolution entre la Chine et l'Occident

Tous les arguments présentés se veulent exempts de jugement de valeur et n'engagent que leur auteur.

·   Pragmatisme chinois / Intellectualisme occidental

Les avancées technologiques chinoises sont là pour étayer notre propos. Historiquement, l'Occident était fort en retard sur pas mal de points. Une remarque de Qiu Ping Wang, chercheur chinois en physique théorique à L’ISMANS, est elle aussi significative : "Pourquoi essayer de savoir comment on réfléchit, si on arrive à trouver la solution au problème posé, même très théorique comme c'est le cas en statistique fractionnaire ?". Descartes ne pouvait donc pas être chinois !

·   Globalité / Découpage analytique

Restons sur l'apport de Descartes. L'un des piliers de sa méthode est l'approche analytique : lorsque le problème est complexe, il faut le découper en sous-problèmes autant de fois qu'il est nécessaire pour arriver à trouver la solution. Cette approche a permis de faire évoluer avec bonheur toutes les sciences où la vision mécaniste et réductionniste du monde était pertinente. Cette méthode a donné ses fruits jusqu'à la mécanique quantique.Mais maintenant, il est nécessaire d'avoir une vision globale des phénomènes, une vision systémique avec prise en compte des changements d'échelle dans l'espace et le temps. Le tout n'est pas l'équivalent de la réunion des parties. Le développement des théories scientifiques avait sans doute besoin de ce passage par le réductionnisme et la simplification pour se libérer de l'Art des Correspondances. La philosophie chinoise privilégiant la notion de globalité (le tout est dans les parties et inversement) n'a pu ouvrir ce passage obligé car les phénomènes pris ainsi restent trop complexes à la compréhension et à la modélisation via les outils mathématiques. Bien sûr il faut tempérer ce type d'argument. L'exemple le plus frappant à ce sujet est sans doute celui de Leibniz qui s'inspira justement de cette vision systémique pour mettre sur pied sa "monadologie". L’invention du langage binaire utilisé en informatique est plutôt dû à un souci de simplification extrême.

·   Philosophie / Religion

Platon souhaitait mettre un philosophe/savant à la tête de sa République. Après l'explosion du Christianisme, religion révélée, le pouvoir établi s'est appuyé sur la religion pour trouver une certaine légitimité. La croyance remplaça le raisonnement philosophique et ceci jusqu'à la Renaissance. Ce vide laissé par la philosophie pendant quelques siècles sur la scène intellectuelle fut comblé par le développement du raisonnement tel que le préconisât Descartes. En chine, l'emprise de la philosophie fut continue depuis le VIème siècle avant J.C. Les différentes philosophies (taoïsme, confucianisme, bouddhisme) imprégnèrent la politique et la religion et cette continuité ne laissa aucune opportunité à une aventure intellectuelle alternative.

·   Auto-organisation de l'Univers / Dieu créateur

La cosmogonie chinoise indique que l'univers s'est organisé à partir de l'Un, qui à son tour engendra le Deux, le Yin et le Yang, qui engendrèrent à leur tour les Dix Mille choses. Il s'agit d'une auto-organisation sans l'existence d'un concept créateur comme le Dieu des religions du Livre. Ce Dieu créateur implique l'existence de lois préétablies qui régiront l'univers. Chez les chinois, il n'y a pas de lois préexistantes. Essayer de les découvrir, la raison d'être de la science occidentale, n'a donc pour eux aucun sens.

Les conditions d'apparition de la science moderne (1/4)

  

La Chine et l'Occident

Pourquoi la Chine n'a-t-elle pas développé une démarche comparable à celle de l'Occident vers la science dite moderne ?

1) La science en occident avant Galilée et Descartes

Les mathématiques depuis Euclide et Pythagore constituent déjà un corpus bien établi dont les fondements ne changeront guère par la suite. La construction mathématique renferme en elle-même sa propre logique, c'est une construction mentale qui peut se passer du contexte ou de l'environnement vital, même si de nombreuses avancées mathématiques sont venues pour résoudre des problèmes physiques ou pratiques (commerce par exemple).

Les sciences naturelles (y compris la physique) sont au contraire très inféodées au milieu dans lequel on vit. Avant Galilée, ces sciences relèvent de l'Art des Correspondances. Il s'agit de noter les corrélations positives entre différents éléments et ainsi de les relier entre eux, en espérant que le lien causal existe en parallèle. Ce lien causal hypothétique permettrait d'agir sur les évènements, ce qui reste la finalité de la science comme de la magie. Si le lien causal existe, nous faisons de la science car l'action sera certaine, si le lien causal n'existe pas, l'action est soumise aux probabilités (les dieux) et nous faisons de la magie.

Galilée a ainsi fait basculer l'Art des Correspondances vers la science telle que nous la connaissons, c'est à dire efficace presque totalement, en essayant de découvrir systématiquement la causalité derrière les corrélations positives et son outil de prédilection pour ce faire fut l'expérimentation.

Un demi-siècle plus tard, Descartes explicita sa méthode pour raisonner juste et résoudre des problèmes avec le plus d'efficacité possible. Le fait de mettre au point une méthode, même si elle est très pertinente, n'est pas un gage de réussite à tous coups. En effet, la géométrie analytique fut un progrès essentiel pour la science, mais les tourbillons n'apportèrent pas grand chose à la théorie de l'électricité.

Néanmoins, dès le XVIIème siècle, le décor est ainsi planté en occident pour le développement des théories scientifiques et la découverte des lois naturelles.

2) La science en Chine

Les inventions technologiques furent très nombreuses en Chine depuis des temps fort reculés et l'occident en bénéficia dès le XVème siècle : la poudre, la boussole, …

Mais il n'y eut que peu de développement de théories scientifiques telles qu'elles apparurent en Occident après Galilée et Descartes. La Chine en resta à l'Art des Correspondances et la science occidentale fut introduite par les jésuites au XVIIIème siècle. Néanmoins, l'Art des Correspondances ne doit pas être sous-estimé : il est à l'origine de la médecine chinoise qui pour beaucoup d'affections (hormis celles provoquées par un agent pathogène) reste inégalée quand à son efficacité par rapport à la médecine occidentale. Ceci provient essentiellement du fait que l'individu est considéré globalement, psychologie et soma étant interdépendants. Les notions de globalité et d'interdépendance sont d'ailleurs caractéristiques de la façon de raisonner des peuples orientaux. Nous reviendrons sur ce point ultérieurement.

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.

Concepts nomades - Le biomimétisme (2/2)

L'étape ultime de la bionique ou biomimétisme, dont les premiers jalons ont déjà été posés avec les matériaux intelligents cités précédemment, sera d'implanter l'équivalent d'un code génétique dans le matériau. L'information sera inscrite dans sa structure même et il pourra réagir en fonction des sollicitations extérieures. L'effet le plus inédit serait sa capacité à s'auto‑organiser de façon complexe pour une adaptation à l'environnement, l'équivalent d'une véritable embryogenèse. 
Une première approche de cette démarche est effectuée par le contrôle de la géométrie interne du matériau, via des structures fractales mésoscopiques qui régulent le rendement énergétique. 
Les fractales sont également de bons candidats car elles autorisent la différentiation droite/gauche dans l'espace. La caractéristique fondamentale des systèmes vivants réside en effet dans la possibilité de distinguer deux formes moléculaires symétriques dans un miroir, dites dextrogyres ou lévogyres en fonction de la direction dans laquelle elles font dévier le plan de polarisation de la lumière polarisée : les microorganismes se nourrissent exclusivement des formes dextrogyres (déviation vers la droite) de certaines substances (cf. les travaux de Pasteur, chimiste de formation). Sans se laisser entraîner dans le mythe de Frankenstein, il est néanmoins raisonnable d'espérer créer des structures qui s'auto‑organiseront en fonction de leur environnement et des fonctionnalités qui auront été programmées dans leur matériau constituant.

Concepts nomades - Le biomimétisme (1/2)

L'une des premières sources d'inspiration fut sans doute l'observation de la structure des êtres vivants : parmi les exemples les plus connus, nous citerons les structures composites orthotropes multi-couches qui imitent le bois, les stratifiés en nid d'abeille pour la résistance et l'allègement, les formes aérodynamique des bateaux et des avions (l’analogie s'arrêtera pour l'aile delta des mirages dont la forme ne sera plus effilée comme celle des grands voiliers que sont les frégates ou les albatros). Des exemples tous récents et moins connus se retrouvent dans les domaines suivants :

- L'atténuation du bruit au niveau de la coque des sous‑marins avec l'utilisation de revêtement analogue à la peau de requin.

- La conception d'automates aux formes d'arthropodes dont les pattes ventousées leur permettent de progresser dans des canalisations conduisant au coeur de centrales nucléaires pour détecter et réparer des fuites éventuelles en environnement hostile pour l'homme.

- La mise au point d'un télescope à rayons X à partir de l'étude du système optique orthogonal de l'oeil d'écrevisse.

- La production de protéines analogues à celles qui constituent la soie d'araignée pour obtenir des fibres dont les performances mécaniques dépassent celles de nos meilleures fibres synthétiques telles que le Kevlar.

- La conception d'un nouveau matériau pour les hélices de turbine de moteur à réaction supportant de fortes variations de température. Sa structure lamellaire constituée de fines couches alternées de carbure de silicium et de feuilles de carbone imite celle de la coquille d'escargot où les couches prismatiques de carbonate de calcium sont maintenues par de fines couches de protéines. Qui aurait pensé qu'un jour un escargot puisse fournir un modèle de perfectionnement pour le moteur à réaction !

Concepts nomades - La systémique

Les sciences de la Terre et du vivant ont ceci de particulier, par rapport aux sciences physiques, qu'elles durent très tôt s'intéresser à des systèmes complexes où un grand nombre de paramètres interagissent et selon des échelles spatio‑temporelles différentes. 

Cette vision globale et systémique des processus sera formalisée dans la théorie des systèmes, cadre désormais bien utile pour les sciences physiques, économiques, politiques et sociales. L'exemple retenu n'est pas tout récent et même antérieur à la théorisation de la systémique puisqu'il relate la naissance du premier réseau d'éclairage électrique promu par Edison dans un quartier de New York en 1882 (l'ampoule électrique fut mise au point en 1878). La conception d'un réseau électrique urbain implique la prise en compte de considérations technologiques mais aussi économiques, politiques et sociales comme l'accueil d'un nouveau type d'éclairage individuel. Du point de vue technique, le réseau sera pensé dans son ensemble puisque les caractéristiques de chacun des composants, centrale génératrice de courant, régulateurs, fils de distribution et ampoules seront définies pour un fonctionnement global optimum tout en respectant les règles normatives de sécurité. 

La mise au point du système se fait en traitant tous les problèmes de front et en concevant globalement ce système sans en maîtriser au départ tous les aspects. Cette démarche demande une bonne dose d'anticipation ainsi qu'un goût du risque certain. Mais les résultats seront à la hauteur des difficultés rencontrées. Bien sûr le premier quartier illuminé sera prestigieux et les premiers à bénéficier d'une lumière si brillante et si souple d'utilisation seront les investisseurs du projet et les bureaux du New York Times qui s'empressera d'en faire la publicité. Edison est un fin politique et les quartiers d'immigrés, où la densité de population est pourtant la plus forte et qui feront au XXème siècle la puissance économique des USA, attendront quelque peu les bienfaits de la fée Electricité.

                       

La systémique deviendra à partir des années 80, l'inspiratrice de techniques d'innovation, par exemple dans la conception de produits nouveaux. Tous les aspects de la vie d'un produit sont pris en compte dès le début de l'étude et la fonctionnalité du produit sera obtenue par le contrôle des interactions des différents composants entre eux et avec l'environnement (comprenant les clients). Globalité et interaction semble bien les deux concepts clés de l'organisation du vivant. Ils sont à la base d'une caractéristique fondamentale du vivant qui est la possibilité d'adaptation à des conditions de vie changeantes. C'est exactement ce qui est recherché lors de la conception des matériaux dits intelligents. Leur structure par effet de feed‑back, notion si importante en endocrinologie et en automatisme, évolue pour s'adapter aux nouvelles conditions d'utilisation.

Concepts nomades - Le temps (2/2)

La flèche du temps apparût un peu à la même époque en physique avec le deuxième principe de la thermodynamique. Mais l'irréversibilité macroscopique trouvera une explication microscopique et réversible avec Boltzmann. Le paradigme en cours mécaniste et déterministe sera ainsi conforté par les statistiques. Il faudra attendre la fin du XXème siècle pour que l'irréversibilité redevienne un concept clé dans les domaines traitant de la dissipation d'énergie et d'organisation de structures qui lui sont liées (Prigogyne, Le Méhauté). L'irréversibilité existe bien au niveau microscopique et serait liée à la géométrie fractale de l'espace‑temps. Cette nouvelle approche permet d'ailleurs d'éliminer nombre de paradoxes de la mécanique quantique (Nottale). 
La liaison espace‑temps effectuée par Einstein dans sa théorie de la relativité avait ouvert la voie. Mais son espace-­temps restait différentiable et la flèche du temps n'apparait pas dans ces conditions. L'irréversibilité intrinsèque vient de la non différentiabilité. En effet chaque point se déplaçant dans l'espace des phases admet deux tangentes différentes donc une vitesse antérieure (-) et une vitesse postérieure (+). Incidemment la notion de trajectoire devient caduque et il est possible de définir une flèche du temps. En mécanique quantique, l'équation de la fonction d'onde mélange les deux vitesses (+) et (-), ce qui rend l'équation réversible. 
L'irréversibilité vient également de la structure en arbre qui sous‑tend les fractales. L'énergie semble se dissiper en effet dans les échelles spatiales : à chaque bifurcation de l'arbre durant la descente dans les échelles, un choix est fait lors du transfert d'énergie et cette information est perdue. Le processus réversible qui ferait remonter l'énergie le long de l'arborescence n'est plus possible, d'où apparition de l'irréversibilité (Le Méhauté).

A l'échelle microscopique, les processus physiques qui pour l'instant sont le mieux maîtrisés, c'est à dire simulables par ordinateur, sont ceux dont les constantes de temps sont proches de 10-8 à 10-5 seconde et dont les corrélations entre interactions moléculaires sont de courte portée. Il est alors possible d'extrapoler vers le comportement macroscopique dont les constantes de temps sont de l'ordre de la centaine de secondes. Si nous prenons l'exemple du comportement des polymères, un phénomène de ce type serait la diffusion de petites molécules d'oxygène au travers de caoutchoucs. Lorsque les corrélations entre unités polymériques sont de longue portée, l'extrapolation n'est plus possible et les théories doivent prendre en compte les phénomènes agissant à l'échelle mésoscopique avec des constantes de temps proches de 10‑6 à 10‑3 seconde. Des tentatives récentes donnent bon espoir quand aux possibilités de modélisation du comportement de copolymères ou de mélanges de polymères où les interactions entre les chaînes jouent un grand rôle (reptation, fractales,...).

Concepts nomades - Le temps (1/2)

Après ces quelques considérations d'ordre général, nous allons nous intéresser à deux transferts particuliers dont les répercussions scientifiques et technologiques sont d'importance. Nous traiterons tout d'abord l'introduction du concept « temps » dans la physique contemporaine, concept mis en valeur au milieu du XIXème siècle d'une part par Lyell et Elie de Raumont, fondateurs de la géologie et d'autre part par Lamarck et Darwin pour leur théorie de l'évolution des espèces. Ensuite nous aborderons les apports de l'organisation du vivant dans les sciences physiques via la bionique et la théorie des systèmes.

Fonder une science, jusqu'au XIXème siècle, signifiait souvent être en rupture avec les conceptions de l'Eglise. Ce fut le cas pour Lyell, Lamarck et Darwin qui introduirent en science des échelles de temps allant du million à quelques centaines de millions d'années en contradiction avec l'échelle de temps préconisée par l'Eglise et extrapolée à partir de l'exégèse biblique, au pire sept jours et au mieux 6000 ans. En Chine, l'interprétation correcte des fossiles en tant que restes d'êtres vivants très anciens, a été donnée dès le 1er siècle av. JC.

La datation de la Terre à 4.5 milliards d'années ne sera effective que dans les années 60 grâce aux isotopes radioactifs. Entre temps l'âge de la Terre avait été ramené à 40 000 ans par Lord Kelvin sur des considération physiques de chaleur interne et de vitesse de refroidissement, faisant fi de toute observation géologique. Là encore une explication théorique insuffisante, l'apport calorique dû à la radioactivité des couches terrestres n'ayant pas été pris en compte, prévaudra sur des observations naturalistes.

Les concepts nomades - Calcul et quantification

Le concept de calcul et de quantification est un peu à part puisqu'il a donné des résultats spectaculaires dans nombre de disciplines mais a aussi conduit à énoncer de belles bourdes! Depuis Pythagore qui a eu l'intuition géniale de l'existence de nombres cachés derrière les phénomènes de la Nature (la notion de nombre correspond également à une représentation géométrique), depuis Galilée qui a su mettre en équation le mouvement accéléré et surtout depuis Newton et Leibniz avec l'invention du calcul infinitésimal, les notions de fonction et de différentiabilité ont réussi à traiter presque tous les problèmes physiques du XXème siècle. Les choses se sont un peu compliquées quand la quantification s'est attaquée aux sciences naturelles et aux sciences économiques et sociales. Certains phénomènes relevant de ces domaines ont dû attendre la fin du XXème siècle pour voir émerger des outils mathématiques adaptés tels que les relateurs arithmétiques ou les fractales. En attendant quelques perles ont émaillé les publications scientifiques. Ceci ne serait rien comparé au tort que la quantification à outrance a pu causer aux tenants de méthodes plus qualitatives, alors mieux adaptées aux problèmes naturalistes. Mais la fascination des mathématiques et de l'ordinateur a été telle que des pans entiers des sciences naturelles furent sacrifiées sur l'autel des données numériques.

Les concepts nomades - Des sciences dures vers les sciences molles

Nous avons déjà remarqué que nombre de concepts migrent des sciences « dures » vers les sciences « molles » où l'expérimentation n'est souvent guère adaptée en raison de paramètres physiques non reproductibles, de constante de temps trop longue ou de complexité trop importante des structures étudiées. La tentation est donc grande d'utiliser des concepts bien rodés dans des cadres simplifiés mécanistes où le temps n'est pas un paramètre primordial. Mais toute extension du champ de pertinence demande beaucoup d'attention et les études sur la croissance des colonies de bactéries n'apporteront peut‑être aucun renseignement sur l'extension de nos communautés urbaines, quoique... 
Tout transfert de concept doit prendre en compte la notion de changement d'échelle aussi bien dans l'espace que dans le temps. Dans cette deuxième catégorie nous trouverons donc des concepts utilisables mais après avoir bien pondérer leurs limites : sélection naturelle et concurrence (des sciences économiques et sociales vers la biologie), les notions d'ordre, de complexité, d'organisme et de comportement (des sciences humaines et biologiques vers la physique). Ces concepts procèdent de jugement de connaissance mais aussi de valeur et c'est cette ambiguïté qui les rend si délicats à manipuler. 
Le concept de chaos est très significatif à cet égard. Ce terme initialement d'origine mythologique, désignant pour les grecs l'état dans lequel se trouvait notre pauvre univers avant que les dieux de l'Olympe n'y mettent bon « ordre », a par la suite désigné toute chose dépourvue d'organisation. Ce terme a été repris en cette fin de siècle par les physiciens dans un sens très particulier, applicables aux systèmes physico­-chimiques non prédictibles dont l'attracteur dans l'espace des phases montre une morphologie complexe. Il n'est plus ici question d'absence de structure. Le concept a donc été restreint et reste caractérisé par des paramètres ou des coefficients calculables ou mesurables bien précis. Le champ de validité dans ce cas s'est rétréci et déplacé et le jugement de valeur attaché au départ à ce concept a été totalement éliminé. Ceci n'empêche pas par ailleurs la théorie du chaos d'être critiquée par certains qui voient en elle un vecteur d'idées subversives, contraires à la morale et à l'ordre social, idées qui n'ont jamais existé dans le concept physique. 
Dans le même ordre d'idée, la relativité a ainsi été reprise par des philosophes en mal d'inspiration et à peu près tout et n'importe quoi a dû être extrapolé à partir de ce concept. Cette attitude fut d'ailleurs assez fréquente depuis que science et philosophie furent découplées après Pascal et Descartes.

Transdisciplinarité - Les concepts nomades

L'expression « concepts nomades » ainsi que les réflexions qui suivent sont en grande partie empruntées au livre dirigé par I.Stengers « D'une science à l'autre ». Certains transferts furent judicieux et très féconds. Appartiennent à cette catégorie les concepts de causalité, de loi, de problème (transfert des maths et de la physique vers les sciences naturelles et humaines), de système (de la physique vers l'économie), de corrélation (de la philosophie et de la biologie vers les sciences humaines). Ce dernier concept largement utilisé recèle néanmoins un piège de taille dans lequel se fourvoyèrent un certain nombre de scientifiques : la corrélation positive a souvent été à tort synonyme de lien causal. La corrélation est « un instrument porteur des exigences de rigueur les plus maniaques et pourtant associé, sous couvert de définitions apparemment techniques, purement formelles, aux opérations les plus périlleuses de transmutation de l'ignorance en science ». Le coefficient de corrélation n'est qu'une observation empirique et se servir d'un outil en dehors de son champ de validité ou sans rechercher les relations de causalité a toujours conduit à des inepties, inepties qui peuvent tourner au drame quand elles touchent aux sciences humaines.