La méthode scientifique ( histoire de l'épistémologie des sciences)
Publié le 10/10/2018
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LA SCIENCE, LES SCIENCES
La science est l'ensemble des connaissances et travaux d'une valeur universelle, ayant pour objet l'étude de faits et de relations objectives vérifiables, selon des méthodes déterminées. Historiquement, la science (du latin, scientia : connaissance) était une branche de la philosophie dite « naturelle » qui cherchait à expliquer le monde. Elle s'en est progressivement détachée au Moyen Âge pour répondre aux « Comment ? », tandis que la philosophie s'intéressait aux « Pourquoi ? ». Face à la diversité des phénomènes à étudier, la science s'est ramifiée en de nombreuses disciplines.
• Les sciences exactes que sont les mathématiques : logique, algèbre, arithmétique, analyse, géométrie.
• Les sciences expérimentales où l'objet d'étude est soumis à l'expérience : physique et chimie.
• Les sciences naturelles qui observent, décrivent et classifient les êtres vivants et les corps dans la nature : biologie, géologie, astronomie, etc.
• Les sciences humaines qui étudient l'homme : psychologie, sociologie, ethnologie, sciences cognitives, etc.
• Les sciences appliquées à finalité pratique : statistiques, informatique, etc.
LA MÉTHODE SCIENTIFIQUE
Toutes ces disciplines, visant à acquérir des connaissances fiables et vérifiables, procèdent d’un ensemble de démarches constituant la « méthode scientifique ». Dans sa phase d'analyse, cette méthode consiste à formuler des hypothèses : des explications plausibles et provisoires, à la fois descriptives (des faits observés) et prédictives (des faits reproductibles). Pour être vérifiées, ces propositions théoriques sont
soumises à l'épreuve des faits, grâce à l'expérimentation. Le protocole expérimental décrit les actions à mener pour reproduire artificiellement un phénomène et détermine les conditions dans lesquelles se déroulent l'expérience, afin d'en contrôler tous les paramètres et de telle sorte que tout chercheur puisse la reproduire. Les résultats d'observations et d'expériences sont rassemblés, analysés, représentés graphiquement et soumis à des traitements statistiques, afin de tirer des conclusions fiables et de confirmer ou d'infirmer l'hypothèse de départ.
Les différentes étapes
• Observation d'un phénomène (questionnement, intuition, raisonnement).
• Formulation d'hypothèses (construction d'un modèle explicatif et déduction de conséquences expérimentables pour tester sa valeur prédictive).
• Expérience vérifiant la validité des hypothèses.
• Conclusion tirée de l'interprétation des données expérimentales.
• Diffusion des résultats.
La phase de synthèse consiste à formuler des lois et des théories, modèles explicatifs reposant sur l'interprétation des données expérimentales. Une loi scientifique est la traduction d'une hypothèse validée par l'expérience. Généralement exprimée par une formule mathématique, elle énonce un rapport constant ou un lien de causalité entre des phénomènes.
Une théorie est une synthèse organisée et cohérente d'un ensemble de lois (hypothèses confirmées) élaborée pour expliquer un phénomène. Soumise à la vérification et la critique permanentes, une théorie est valable tant qu'aucun fait ne remet en question un résultat qu'elle avait prévu.
PREMIÈRES LOIS SCIENTIFIQUES « MONTRÉES »
Thalès de Milet (v. 625 - 547 av. J.-C., philosophe, scientifique,
mathématicien) est à l'origine de l'une des premières lois scientifiques de l'humanité. Rapportant l'ombre d'une pyramide à celle d'un poteau ou à sa propre ombre, il établit l’invariance d'un rapport indépendant de leur taille et l'exprime par une formule mathématique. Pythagore de Samos (580 à 490 av. J.-C., philosophe, mathématicien, astronome) jette les bases d'une interprétation mathématique de l'univers et formule le théorème selon lequel, dans un triangle rectangle, le carré de l'hypoténuse est égal à la somme des carrés des côtés de l'angle droit. Les propositions de Thalès et Pythagore sont formulées sous formes d'énoncés dont la mise en évidence est essentiellement visuelle (contemplation de figures géométriques, mesures, calculs, comparaisons de longueurs, d'angles et de surfaces).
Il faudra attendre les réflexions d'Aristote et les travaux d’Eudide définissant les règles de la démonstration, pour que des théorèmes soient
véritablement « démontrés », c'est-à-dire prouvés par le raisonnement et la logique formelle à partir de principes premiers, par essence non démontrables.
Démonstration et raisonnement
LOGIQUE
« Si, dans un premier moment c'est sur le terrain de l'expérience sensible (...) que nous nous situons, dans un second moment, c'est sur celui de la raison et de l'abstraction qu'il s'agit de se placer pour trouver les principes qui gouvernent la réalité. » (Aristote, La Métaphysique). Aristote (384 à 322 av. J.-C., philosophe, naturaliste) fixe les règles de la logique démonstrative et invente la théorie du syllogisme. Il énonce trois principes sans lesquels aucune pensée n'est possible :
• l'identité (A est A) ;
• le tiers exclu (si deux propositions sont contradictoires, alors l'une est vraie et l'autre fausse) ;
• la non-contradiction (on ne peut pas à la fois affirmer deux propositions contradictoires).
Une démonstration consiste à prouver qu'une affirmation est vraie. Elle commence par des définitions et des axiomes (du grec, axioma : évident en soi). Ces prémisses admises comme vraies sont le point de départ d'une démarche logique (du grec, logos : raison, discours) où chaque proposition découle de celle précédemment démontrée et dont la conclusion est la conséquence nécessaire. Eudide d'Alexandrie (325 à 265 av. J.-C., mathématicien, enseignant) synthétise le savoir mathématique de son époque dans un célèbre traité de géométrie : /es Éléments. Il pose les axiomes de base de la géométrie moderne, définit les notions de point, ligne, droite, angle, cercle, parallélisme... Et démontre les théorèmes de Thalès et Pythagore par un enchaînement d'évidences de la raison. Les savants de la Grèce Antique contribuent à l'apparition de la démarche expérimentale (liée aux études en médecine, chirurgie, anatomie et physiologie). Ménodote de Nicomédie (fin du 1er siècle, philosophe sceptique et médecin empiriste) est l'un des premiers à formuler rigoureusement la démarche scientifique comme l'observation des phénomènes en s'abstenant de se prononcer sur la nature de ce qui échappe à nos sens, la confirmation et l'infirmation par l'expérience, et la diffusion des résultats (fondements de la méthode actuelle).
«
serviront
de base à la révolution
scientifique de la Renaissance.
Guillaume d'Ockham (1295-1349,
franciscain anglais, empiriste) énonce
le principe de parcimonie, ou « Rasoir
d'Ockham », selon lequel les
explications les plus simples sont
souvent les meilleures.
Retenu par la
logique et la science modernes, il
consiste à choisir l'hypothèse la plus
simple ou la plus facilement
démontrable entre plusieurs ayant la
même vraisemblance.
DU XIV' AU XVI' SIÈCLE : lA
RENAISSANCE SCIENTIFIQUE
La Renaissance commence en Italie,
avec la redécouverte des écrits grecs et
la volonté de représenter le monde de
façon plus ordonnée.
C'est la période
des explorations et des inventions
techniques (comme l'imprimerie),
marquée par les
travaux de
Lé onat' dde
V in d (1452-
1519, artiste,
scientifique).
Génie
technologique et visionnaire, il
préconise
l'expérien ce« (qui) ne trompe jamais,
ce sont nos jugements seuls qui nous
trompent» et développe des
techniques et méthodes très en avance
sur son temps.
Les nouveaux moyens
d'investigation révèlent des
discordances importantes entre les
observations et les théories admises
pendant plus d'un millénaire, qui
entraînent une grave crise intellectuelle.
Nicolas Copernic (1473-1543,
astronome polonais) est le premier à
entreprendre le libre examen d'une
doctrine sacrée : le géocentrisme de
Ptolémée, selon lequel le Soleil tourne
autour de la Terre.
Il découvre, grâce
aux nouveaux outils mathématiques et
l'application d'une démarche
scientifique, que les planètes tournent
sur elles-mêmes et autour du Soleil.
R is q ua nt d 'êt re brû lé vil pour avoir
blasphémé les fondements de la Foi,
Copernic ne publiera ses découvertes
que peu de temps avant sa mort
Et le même sort menace Galilée, un
siècle plus tard, lorsqu'il remet en
question la physique d'Aristote érigée
en dogme par l'Église Médiévale.
Galilée (1564-1642, astronome italien)
invente une nouvelle physique du
mouvement inspirée du modèle
copernicien : le système héliocentrique, conception
de l'Univers qui place le
Soleil en son centre (contraire aux
Saintes Écritures).
Condamné d'hérésie
par le tribunal religieux, Galilée
affirmera que sa théorie est fausse bien
qu'il y croit encore, alors même que
s'ouvrent les portes d'une science
nouvelle, fondée sur la logique et
l'expérimentation.
Ainsi, la Renaissance
occidentale engendre une profonde
révolution bouleversant les conceptions
relatives à la nature.
La science se
détache progressivement de la
philosophie et du contrôle des autorités
religieuses, en rejetant la vision
aristotélicienne et les confusions
scolastiques (enseignements religieux).
Cette transition entre science médiévale
et moderne est appelée la révolution
copernicienne.
Elle instaure une
démarche scientifique qui n'admet plus
d'affirmation sans examen ou preuve et
applique le doute systématique à tout
domaine accessible par la raison.
XV II' SIÈCLE : l'AVÈNEMENT
DE lA SCIENCE MODERNE
Avec le perfectionnement des
instruments de mesures, des
mathématiques, de l'astronomie et de
la physique, l'essor des sciences
expérimentales s'accompagne de
réflexions sur la place de l'expérience
au sein de la démarche scientifique.
Apparaît alors la nécessité d'une
méthode capable d'unifier les sciences
dans une approche objective de la
connaissance.
EMPIRISME, RATIONALISME ET MtlHODE
Francis Bacon (1561-1626, savan�
philosophe anglais) considère que
l'expérimentation doit être organisée
rationnellement et méthodiquement.
Il faut rejeter les idées a priori et les
intuitions avant d'observer les faits et
réaliser des expériences pour dégager
des lois et formes constantes de la
nature.
René
Descat1es (1596-
1650, philosophe
rationaliste,
mathématicien français) convient
que l'on " ne peut
se passer d'une
méthode pour se
mettre en quête de la vérité des
choses » (Règles pour la diredion de
l'esprit, 1628}.
Il postule que« la
science est une » et que « la méthode
mathématique est applicable à toute
connaissance », dans le Discours de la
Méthode (1637}.
Grâce à une logique
EXPÉRIENCE DE REDI SUR LA GÉNÉRATION SPONTANÉE
�
Redi constate que les asticots n'apparaissent pas sur la viande
dans les récipients fermés, mais seulement dans les récipients
ouverts, lorsque les mouches viennent pondre sur la viande.
de
l'idée claire et distincte, il énonce les
principes d'évidence (douter de tout
sauf de ce qui est évident), d'analyse
(décomposer en entités simples), de
synthèse (ordonner et raisonner par
déduction du simple au complexe) et
d'énumération (de tous les éléments
d'un problème).
Il recommande la
prudence, la suspension du jugement
(pour éviter préjugé et précipitation) et
le doute systématique, car « celui qui
cherche la vérité doit autant qu'il est
possible, douter de tout ».
Au cours des
XVII' et XVIII' siècles, les expérimentations
et les découvertes se poursuivent dans
de nombreux domaines.
Francesco Redi
(1623-1697, médecin italien) applique
la méthode scientifique à la biologie et
réfute la théorie de la génération
spontanée (apparition de la vie sans
ascendance) grâce à une expérience
contrôlée.
Isaac Newton
(1642-1727,
mathématicien,
physicien
anglais) éclaircit
les mystères de
la lumière et de
l'optique et
invente le calcul
différentiel et intégral.
Ses travaux sur la
dynamique du mouvement, l'inertie et
l'attraction des corps, formalisés dans la
théorie de la gravitation universelle,
sont des piliers de la physique et de la
mécanique modernes.
l'Académie des
Sciences est fondée à Paris en 1666.
Composée de savants français et de
correspondants étrangers, elle examine
l'évolution des sciences, ses
applications et favorise la recherche.
Tout chercheur peut envoyer un article,
qui sera relu, critiqué et éventuellement
publié dans les
Comptes Rendus de l'Académie,
rendant possible une critique
constructive entre les savants.
XVIII ' SIÈCLE : DIFFUSION
DES CONNAISSANCES
les philosophes du Siècle des lumières
manifestent la volonté de réunir et
classer les différentes branches du
savoir, afin de diffuser les
connaissances auprès du peuple.
Les sociétés scientifiques et la
publication d'ouvrages de vulgarisation
se multiplient.
Denis Diderot
(1713-1784} et Jean
:cc:.c·c:·.-··
, d'Alembert (1717- r·-:--- =--c.,11783 ) publient
l'Encyclopé die
entre 1750 et 1770.
Ce dictionnaire
du XVIII' siècle,
Emmanuel Kant
(1724-1804,
philosophe
allemand) dépasse
le clivage
opposant
l'empirisme (Bacon) et le rationalisme
(Descartes).
Il suggère un rationalisme
critique qui intègre l'expérience dans la démarche
scientifique et où la raison
doit reconnaître ses propres limites.
La science actuelle demeure conforme
à cette perspective, qui repose à la fois
sur des critères de validité
logicomathématique et de validité
expérimentale, dans une approche où
l'imagination et la logique fournissent
les hypothèses et l'expérience élimine
celles qui sont fausses.
XIX • SIÈCLE : POSITIVISME ET
MÉTHODE EXPÉRIMENTALE
Le progrès technique et industriel
(électricité, téléphone, chemin de fer) et
des découvertes révolutionnaires
(comme lo théorie de l'origine des
especes, Charles Darwin, 1859}
bouleversent les idées reçues et
provoquent l'émergence d'un nouvel
esprit : le positi
visme.
Auguste
Comte (1798-
1857, philosophe
français) définit
l'esprit positif
comme le
troisième stade de
développement de
la pensée
humaine, qui coïncide avec la Grèce
Antique (l'abandon des explications
sacrées et métaphysiques) et recourt à
l'épreuve de la réalité et à
l'expérimentation pour dégager des
relations constantes entre les faits et
formuler des lois mathématiques.
Auguste Comte ajoute que la méthode
des sciences s'applique aussi à l'étude
de l'homme et des sociétés, suivant des
valeurs positives : réalité, utilité,
expérimentation, certitude, précision et
organisation.
PRINCIPES, PRÉCAUTIONS ET USAGE DES
STATISTIQUES
Claude Bernard (1813-1878, médecin,
physiologiste français) contribue à
« faire pénétrer les principes bien
connus de la méthode expérimentale
dans les sciences médicales dont il
résume les principes, en indiquant
particulièrement les précautions qu'il
convient de garder dans leur
application, à raison de la complexité
toute spéciale des phénomènes de la
vie ».
Dans son Introduction à l'étude
de la médecine expérimentale (1865), il
décompose « le raisonnement à l'aide
duquel nous soumettons
méthodiquement nos idées à
l'expérience des faits », pour établir des
connaissances objectives.
Suivant ses
intuitions et doutant de ses
interprétations, l'expérimentateur doit
procéder par étapes pour isoler un fait,
suggérer une hypothèse explicative et
la vérifier par l'expérience.
Claude
Bernard rappelle le principe
déterministe de la science -selon
lequel tout événement est provoqué
par une cause et que dans les mêmes
conditions, la même cause est suivie du
même effet (principe de causalité).
Ce principe s'applique « chez les êtres
vivants aussi bien que dans les corps
bruts » et tenant compte de la
complexité du vivant, il convient de
« ramener les phénomènes à des
conditions expérimentales aussi simples
que possible».
« l'expérience n'est au
fond qu'une observation provoquée»
où l'expérimentateur identifie les facteurs
provoquant un phénomène,
isole les variables contrôlées (valeurs
fixes de l'expérience) et décide des
paramètres qu'il fait varier séparément
(variables indépendantes) pour
observer leur influence sur les variables
dépendantes.
L:interprétation des
résultats se fait par voie de
comparaison, en mesurant
(quantitativement lorsque c'est
possible) ce qui diffère entre les
groupes expérimentaux.
Les phénomènes biologiques et les
comportements humains étant
caractérisés par la variation et
l'incertitude, l'emploi du calcul et de la
statistique est recommandé -pour
mesurer le degré d'incertitude ou de
fiabilité des conclusions et faire des
généralisations à partir d'expériences
menées sur des échantillons.
Notons que la démarche scientifique
expérimentale ne s'applique pas
toujours.
En astronomie, tout se joue
sur les observations et des simulations
numériques.
t:t:§
J ii 1111 m ti
l'accélération des découvertes résulte
de l'amélioration des techniques, de la
mondialisation des échanges et du
développement de l'informatique (qui
permet de traiter des masses
considérables d'informations).
Les avancées spectaculaires en biologie
offrent une meilleure compréhension
du vivant (éléments de base, cycle de
vie des cellules, rôle des gènes, ADN ..
)
et d'importantes découvertes sont
réalisées en physique (découverte de la
structure du noyau de l'atome, théorie
de la relativité, physique quantique ...
).
l'objectif actuel est d'élaborer une
théorie unifiée expliquant l'univers de
l'infiniment grand à l'infiniment petit.
MODÈLE STANDARD -THÉORIE
DU BIG BANG
On appelle modèle standard dans un
domaine (ou modèle de concordance),
la théorie qui lait l'objet d'un quasi
consensus par la communauté
scientifique.
C'est le cas de la théorie du
Big Bang -modèle cosmologique
dominant depuis les années 1950-qui
rend compte le plus économiquement
des premiers instants et de l'évolution
de l'Un ivers.
Son pouvoir explicatif
puissan t (des concepts de temps,
espace, matière, énergie) est renforcé
par des observations conformes à ses
prédictions théoriques.
Et lorsque de
nouvelles observations ne concordent
pas avec le Big Bang, des hypothèses
ad hoc sont imaginées a posteriori pour
parer aux critiques (comme l'hypothèse
de la matière sombre si l'Univers est
«trop lourd» dans les équations).
Malgré des failles, le modèle standard
reste le moins contesté.
Les alternatives
se limitent à des réinterprétations
partielles et aucune n'offre un modèle
du monde aussi global et cohérent.
Mais comme toute théorie établie par la
méthode scientifique, le Big Bang est
par définition « réfutable ».
Il ne doit
pas être érigé en dogme de la science
moderne et seules les recherches
futures pourront le confirmer ou
l'infirmer ...
« La science est la culture
du doute» (Richard Feynman)..
»
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