La démarche scientifique, relation science-société - Maxicours MAXICOURS

La démarche scientifique, relation science-société

Objectif(s)
Présenter la démarche scientifique, et les liens entre la science et la société.
Cette partie du programme étant vue à la fin, elle fait référence à des notions antérieures.
1. La démarche scientifique
a. Observation, perception et expérimentation scientifique
En sciences, la première chose est d’observer le phénomène que l’on veut étudier. Il faut être capable de percevoir comment le système physique évolue. Cependant, notre perception est limitée par nos sens, comme par exemple la vue. On connait les caractéristiques et défauts de l’œil humain : tâches aveugles, vision trichromatique, persistance rétinienne … et le fait que le cerveau interprète beaucoup. Les effets d’optiques en sont un exemple. D’autre part, des rayonnements électromagnétiques sont invisibles pour un œil humain, et pourtant ils existent ! En physique nucléaire, on ne voit pas les noyaux des atomes.

La perception que l’on a du monde est subjective et partielle, ce qui n’est pas conforme à l’approche scientifique. Pour corriger cela, on fait appel à des appareils de mesure. Pour des expériences rapides (fiche « chute libre d’un projectile »), on a utilisé une webcam. En physique de l’infiniment petit, on cherche à détecter des indices du comportement des noyaux ou autre. La notion d’instrumentation a ainsi pris de l’importance en sciences, pour observer efficacement et objectivement des phénomènes physiques.

D’autre part, la réalisation d’une expérience repose sur un protocole expérimental. Son objectif est d’indiquer dans quelles conditions une expérience doit se dérouler. L’enjeu est que d’autres personnes pourront reproduire l’expérience, et obtenir les mêmes résultats. Par exemple, on a vu (fiche « couleur des objets ») que la couleur de la lumière qui servait à éclairer des objets avait une incidence sur les couleurs perçues. On doit donc préciser dans le protocole expérimental qu’un objet doit être éclairé en lumière blanche, afin de percevoir sa vraie couleur.


Pastilles colorées éclairées en lumière blanche

Pastilles colorées éclairées en lumière colorée

Ensuite, une expérimentation est parlante si elle est réalisée plusieurs fois, en changeant chaque fois un paramètre, pour voir l’effet produit. Pour savoir quels paramètres interviennent, on doit formuler des hypothèses, et ensuite les tester, afin d’interpréter le comportement du système physique étudié.
b. Compréhension, modélisation, résolution ... conclusion
Une autre phase est de comprendre le phénomène observé, en le modélisant. Il faut alors choisir un modèle physique, le plus fidèle possible à la réalité. Par exemple, selon le modèle de Rutherford, l’atome est vu comme un système planétaire. Ce modèle aide à comprendre l’atome : c’est avec lui que l’on présente l’atome à un jeune public. Cependant, un modèle a toujours ses limitations. Un atome n’est pas un système planétaire. Un modèle n’est pas la réalité mais une manière de se la représenter.

La modélisation amène à établir des équations. Par exemple, pour étudier la chute d’une bille, on fait le bilan des forces qui s’exercent sur elle. Il est alors parfaitement pertinent de faire des approximations : ne pourrait-on pas négliger les frottements de l’air ? Ensuite, on résout ces équations, ce qui nous donnera une trajectoire, ou on établira une formule. Par exemple, quelle est l’expression du champ magnétique à l’intérieur d’une bobine ?

Pour ces étapes, le scientifique fait appel à des outils mathématiques plus ou moins complexes : nombres, vecteurs, équation du second degré, … Comme avec la modélisation moléculaire, on a vu que la résolution analytique (calcul littéral) se révèle parfois trop longue ou trop complexe. Elle est alors remplacée par une solution numérique approchée, via l’outil informatique.

Durant sa démarche, le scientifique émet des hypothèses : quels paramètres vont être utiles, quel modèle adopter, quelles approximations effectuer, etc. Une fois le problème résolu, il faut vérifier si les résultats sont cohérents par rapport aux résultats expérimentaux, ce qui confirme ou pas les hypothèses formulées. La solution vient rarement sans essayer plusieurs pistes !
c. Culture et langage scientifique
Pour résoudre un problème, un scientifique n’est pas toujours obligé de réinventer ce qui a déjà été fait. Sa culture scientifique peut l’aider, et se rappelant qu’un problème qui ressemble au sien à déjà été résolu d’une certaine manière, ou sinon il peut se documenter. Avoir une bonne culture scientifique, ce n’est pas connaître par cœur des formules, mais être ouvert à divers domaines scientifiques, être curieux, avoir un esprit critique, avoir l’envie de comprendre le « comment ça marche ». Les sources d’informations scientifiques sont nombreuses : manuels scolaires, livres, Internet, documentaires scientifiques, revues …

Dans les articles écrits par des scientifiques, on sera attentif à la rédaction scientifique employée. Comme eux, on mettra l’accent sur la précision, la clarté et la rigueur. Les affirmations et conclusions seront justifiées. Comme dans d’autres métiers, les scientifiques ont leur « jargon », dans le bon sens du terme (technolecte). L’objectif est que les personnes puissent communiquer efficacement, en évitant toute confusion ou ambigüité. Ainsi, ne pas employer un terme dont on ne connaît pas bien la signification. L’effet produit ne sera sûrement pas d’impressionner son interlocuteur !
2. Relation sciences société
Antoine Lavoisier (1743–1794) est un célèbre chimiste, connu notamment pour ses travaux sur les combustions, la respiration et la phrase « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Pendant la Révolution, Lavoisier fut condamné à la guillotine. Quand il demanda un sursis pour terminer une expérience, on lui aurait répondu « la République n’a pas besoin de savants … ». Or, l’Histoire a moult fois contredit cette déclaration !
a. Intérêt de la Recherche ?
La question se pose peu dans le cadre de recherches appliquées, par exemple pour développer de nouvelles batteries, de nouveaux matériaux, ou de nouveaux médicaments. Toutefois, la recherche n’a pas toujours pour vocation première d’être immédiatement « utile » à la société. La recherche fondamentale entend répondre à des questions « existentielles » pour l’Homme : constitution de la matière, origine de l’Univers, … Mais, ce n’est pas parce qu’un thème de recherche n’est pas utile aujourd’hui qu’il ne le sera jamais.

Par exemple, c’est en essayant de créer des noyaux lourds, sans application immédiate, que la fission nucléaire a été découverte, « par hasard ». Celle-ci a présenté les applications militaires que l’on connaît, avec les armes nucléaires, mais a aussi permis de développer la production d’énergie nucléaire, dans des centrales. D’autres exemples : le LASER ou des théories mathématiques qui trouvent aujourd’hui des applications en informatique. Sans recherche fondamentale, ces applications n’auraient peut-être pas été découvertes, ou plus tard.
b. Quand l'actualité met la science sur le devant de la scène
Malheureusement, le grand public ne voit souvent que les aspects négatifs de certaines applications scientifiques, à travers les médias. L’énergie nucléaire a brutalement montré son pouvoir destructeur dès 1945 avec les bombes larguées sur Hiroshima et Nagasaki. Plus récemment, les catastrophes de Tchernobyl en 1986 et de Fukushima en 2011 ont aussi révélés que les applications civiles de cette énergie n’étaient pas sans danger. Toutefois, que l’on soit partisan ou pas du nucléaire, il faut se forger son opinion en ayant connaissance de toutes les facettes de la technologie associée, comme ses applications médicales ou en tant que possible énergie future (fusion).

D’autres exemples concernent la pollution chimique, les risques liés aux biotechnologies. Le virus tueur de l’humanité est un thème récurrent de science-fiction. Mais, si la science fiction utilise quelquefois des informations scientifiques avérées, elle ne dispense pas d’une réelle information scientifique. Si la science fait peur, c’est qu’elle est souvent mal comprise par les populations.
c. La science, bonne ou mauvaise ?
La science n’est ni bonne ni mauvaise, ce sont les applications que l’on en fait qui peuvent se révéler bénéfiques ou pas. Les sociétés modernes, avec leurs qualités (confort) et leurs défauts (pollution) n’existeraient pas sans les progrès de la science, de la roue jusqu’à l’informatique.

Comme nous l’avons vu, la démarche scientifique est basée sur une étude objective de phénomènes physiques. Le scientifique est reconnu en tant que tel parce que sa vision est sans-parti pris. Il expose des faits, mais ne prend pas position. Même si la recherche scientifique est financée par la société (gouvernements ou quelquefois des entreprises), elle se doit de rester indépendante.

Par contre, l’Histoire a souvent conduit les scientifiques à agir selon leur conscience, leur conviction. Pendant la seconde guerre mondiale, les scientifiques qui ont travaillé sur la bombe, dans le cadre du projet Manhattan, ont ainsi eu un cas de conscience. D’une manière générale, la notion d’éthique est présente dans le cadre de certaines recherches appliquées (expérimentation animale).
d. Promotion de la culture scientifique et technique
Il existe diverses occasions pour le grand public de se mettre à jour concernant les avancées scientifiques, ou tout simplement comprendre les métiers liés à la science. Cela peut se faire lors de journées portes ouvertes dans les laboratoires, aux manifestations scientifiques.

L’important pour le scientifique est de s’adapter aux connaissances de son auditoire. Il fait alors de la vulgarisation scientifique. L’esprit scientifique s’inscrit alors comme une volonté de faire progresser la connaissance pour tous. Cela fait parti du métier du scientifique.
L'essentiel
La démarche scientifique s’appuie sur une observation objective d’un phénomène. Expérimentalement, le scientifique voit l’influence de tel ou tel paramètre sur le phénomène étudié, et établit le protocole expérimental afin que d’autres puissent retrouver ses résultats. Cela amène ensuite à une compréhension du phénomène, par une modélisation, c'est-à-dire une façon abstraite et simplifiée de se représenter cette situation physique. Cela passe par une mise en équation. Sa résolution, analytiquement ou numériquement, amène à des solutions dont il faut vérifier la vraisemblance.

La science, même si elle donne l’impression d’être « à part », a en fait un lien très étroit avec la société. Si l’actualité met brutalement en avant certains aspects, souvent négatifs, de la science, il est important d’avoir une bonne culture scientifique, afin d’être capable de mieux comprendre la science, de se forger sa propre opinion sur telle ou telle technologie et finalement mieux comprendre le monde qui nous entoure.

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