Histoire des démarches scien­ti­fiques

La recherche rationnelle de la vérité est apparue avec la philosophie. Dans les marges du monde grec, Thalès de Milet (625-547 av. J.-C.) qui découvre les propriétés de l'électricité, en frottant un morceau d'ambre (elektron, en grec), prône une attitude objective et critique face aux phénomènes naturels. Pour la première fois dans l'histoire, ceux-ci reçoivent une explication naturelle, et non plus surnaturelle.

L'école pythagoricienne (580-500 av. J.-C.) définit la première une méthodologie de recherche, en lien avec les mouvements apparemment désordonnés des planètes : « Proposer des hypothèses qui seront satisfaites d'une part si elles répondent à des principes (circularité, régularité) ; d'autre part si leurs conséquences, les mouvements qui en résultent pour les planètes sont conformes aux observations » (p. 24).

Cette idée d'Aristote, qu'on retrouvera chez le théologiste Thomas d'Aquin et que Descartes va combattre, conduit à une « arche de la connaissance » dont le modèle résistera au temps. Cette arche est constituée de deux piliers. Dans le premier, le cheminement part de la sensation et s’élève vers les principes universels par induction.

Dans le second, la démonstration, par déduction, descend vers le savoir scientifique. Aristote est bien conscient que l'induction n'aboutit pas à des principes plus exacts que la science elle-même, qui en découle par raisonnement. Aussi propose-t-il le noûs, notion traduite par intuition, intellection, ou compréhension, que l'on retrouvera, avec le flou qui la caractérise, chez Bacon, Newton et Kant, puis chez les mathématiciens à la recherche d'une assise pour leurs principes. Ces réflexions aboutiront à l'apparition du terme « hypothético-déductif » en 1899.

Les apports grecs vont façonner la science pour deux millénaires. D'autant qu'ils opposent aussi l'instrumentalisme (la science décrit les phénomènes) au réalisme (elle explique la réalité), l'oti (la connaissance du fait) au dioti (le pourquoi du fait), et l'analyse à la synthèse : distinction traduite comme résolution-composition, que l'on retrouvera chez Kant (1781).

Ces avancées sont par ailleurs contestées et enrichies par des savants d'Athènes, d'Alexandrie (Dioclès...) et de Syracuse (Archimède...) : sur le fond comme sur la démarche. Théophraste, par exemple, conteste que le feu soit un élément premier, car il ne peut exister sans matière. Erasistrate, lui, se livre à une manipulation fondatrice : partant d'une hypothèse, il créée des conditions artificielles, mesure des variables, note le résultat et conclut.

Dans le même temps, les savants s'opposent sur les moyens d'accéder à la connaissance certaine, créant un débat qui va fonder les principes essentiels des démarches scientifiques.

Car il met l'accent sur l'accès aux faits cachés. Aux sceptiques qui emboîtent le pas à Socrate (néo-académiciens) et considèrent qu'il est impossible de saisir la vérité (ce qui est déjà une certitude…), s'opposent épicuriens et stoïciens. Ceux-ci voient dans les sensations le « nécessairement vrai » qui conduit à la certitude. Les stoïciens soutiennent qu'à la naissance, l'homme est comme une feuille de papier, prête à recevoir l'écriture. C'est là l'origine du terme impression. Imprimer des sensations est donc au fondement de toute connaissance.

La raison ne peut réfuter les sens, puisqu'elle dépend entièrement d'eux. Distinguant la sensation du jugement qui la suit, les épicuriens énoncent les critères d'une hypothèse acceptable : ne pas être en conflit avec ce qui apparaît, ne pas relever du mythe. Formulation qui trouvera son écho chez Boyle comme chez Kant. Au Moyen Âge et bien après, certains ajouteront : ne pas être en contradiction avec Dieu.

Le Moyen Âge et la Renaissance ne font guère évoluer les méthodes scientifiques, sinon chez les savants du monde arabe (Avicenne, le médecin Razès, le logicien al-Farabi…) qui, par leurs traductions vers le latin, font aussi redécouvrir les auteurs grecs. Alors que sont fondées les premières universités, les principes d'Aristote conduisent les théologiens, proches des idéaux de Platon, à accorder une place croissante à l'expérience. « Seule l'expérience certifie, et non l'argument », avance le franciscain Roger Bacon.

Les apports de la Renaissance seront plus décisifs en dépit de leur disparité. On les limite souvent à la « révolution copernicienne » qui bouleverse les points de vue admis depuis l'Antiquité : la terre tourne autour du soleil. Mais Copernic (1473-1543) propose aussi une véritable méthode, la méthodon, qui renvoie au probabilisme de Carnéade. Avec des hypothèses, des déductions, et des observations, il ne s'agit plus de « sauver les apparences », mais d'expliquer la réalité, au point de prévoir les phénomènes. Cette idée, présente dès l'Antiquité, sera reprise par 'sGravesande, et le concept de mise à l'épreuve par prédiction sera énoncé par Huygens en 1690, avant d'être posé comme critère méthodologique un siècle plus tard par Herchel et Whewell. Et pas seulement en astronomie.

Le procès de Galilée (1633) signale que la science continue de s'écrire à l'ombre de la religion, mais le XVIIe siècle annonce des découvertes historiques (Mersenne, Kepler, Toricelli...) et les questions de méthode se précisent.

« Père de la science moderne » Galilée (1564-1642) démonte les théories de Ptolémée, et met en avant une démarche baptisée ex suppositionne, dans laquelle d'une supposition sont tirées des démonstrations, mises à l'épreuve de l'expérience. L'idée cède si les faits la contredisent, comme l'expérience perd toute force si le raisonnement l'invalide, comme dans le cas de la pierre qui, lâchée du haut d'un mât tombe au pied de ce même mât.

Deux savants illustrent les pôles opposés autour desquels gravite la science de cette époque : Francis Bacon (1561-1626) et René Descartes (1596-1650). Auteurs d'une révolution intellectuelle sans précédent, inspirée du scepticisme de la Nouvelle académie, ils considèrent que l'esprit et les sens sont trompeurs. Il faut donc une nouvelle méthode pour refonder la connaissance. Pour Bacon, ce sera la multiplication des expériences méthodiques, puis l'extraction prudente de connaissances. Fondateur de la Royal Society en 1860, Bacon s'oppose donc à Descartes, chez qui la raison permet d'arriver à la connaissance, par déduction.

Avant de s'écrouler, leurs systèmes auront une grande influence sur leurs semblables, en lien avec leurs ouvrages : le Discours de la méthode et le Novum Organum, qui refonde les deux piliers de l'arche d'Aristote. On attribue à l'un la méthode expérimentale, on voit dans la philosophie mécaniste de l'autre, la première explication du monde depuis Aristote.

« Hypotheses non fingo » : je ne fais point d’hypothèses, traduit Voltaire. Cette formule, de 1713 est sans équivoque. Pour Newton les hypothèses « n’ont pas de place en philosophie expérimentale. En cette philosophie, les propositions sont déduites des phénomènes et rendues générales par induction ». C'est ainsi que Newton aurait découvert les lois de la gravitation.

Mais Newton était en correspondance avec Hooke, qui suggérait, dès 1680 l'existence d'une force inverse au carré de la distance – la clé de la mécanique céleste – , alors que Newton était empêtré dans des éthers et des tourbillons qui repoussaient les planètes. On connaît la suite de l'histoire. Et l'anecdote de la pomme qui tombe, inspirant le savant. Mais cette histoire n'apparaît qu'en 1726. En réalité, en indiquant refuser toute hypothèse, Newton n'apparaît comme redevable ni à Hooke ni à Halley, dont le niveau de mathématiques ne permettait pas d'établir la forme de l'orbite liée à leur thèse, en l’occurrence une ellipse. Newton, qui prétend passer de la forme à la force, sans hypothèses, « déduit » donc de l'ellipse la loi de la gravitation. Hooke, qui menaçait sa gloire, est ainsi éliminé. Les querelles d'antériorité et de paternité ne sont donc pas nouvelles.

Newton va énoncer, non sans contradictions, son approche méthodologique. La clé de voûte de l'arche, le noûs d'Aristote tient en une seule considération : l'induction équivaut à une démonstration. Les découvertes de Newton ont un tel retentissement que la société savante va, à son tour, « lire » directement les secrets de la nature. D'autant que le discrédit frappe les explications mécanistes de Descartes, basées sur les mouvements et les chocs. Bref, « tout essai de construction intellectuelle est taxé d'esprit de système » (p 343).

À la fin du XVIIIe siècle, les philosophes revisitent la question de l'accès à une connaissance certaine. Si Locke fait d'un haut degré de probabilité, issu d’observations constantes, une « assurance », si Leibniz distingue les vérités nécessaires ou de raison et les vérités de fait, établies par l'expérience, David Hume (1711-1776) met en cause l'empirisme et le rationalisme, depuis une position néo-académicienne qui divise les arguments en démonstration, probabilités et preuves (arguments tirés de l'expérience).

Pour Hume, l'induction outrepasse l'expérience, dans laquelle on ne voit pas un effet découler d'une cause, mais deux phénomènes se succéder. Popper considère que Hume résout magistralement le problème logique de l'induction en réfutant « toute prétention à faire de l'induction un argument valide ». Mais dans le même temps, Hume s'attaque à la notion même de causalité : les preuves ne relèvent pas de la raison.

Nous prenons pour une conjonction nécessaire, ce qui n'est que conjonction constante : la relation de cause à effet que nous pensons déduire n'est qu'une croyance. Car rien ne permet d'affirmer que le cours de la nature est toujours le même. On comprend que Kant réagisse, distinguant jugements analytiques a priori et jugements synthétiques a posteriori. Dans le cas d'une pierre, au soleil, qui devient chaude, l'expérience fait apparaître les éléments par la relation causale, le soleil et la pierre, mais pas la relation elle-même (le soleil chauffe la pierre). « C'est l'esprit qui met en ordre la diversité perçue dans l'expérience » (p. 436). Kant nous fait comprendre que nous voyons le monde à travers des lunettes. En conséquence, nos hypothèses ne peuvent prétendre qu'à la probabilité.

À l'articulation des XIXe et XXe siècles, la science avance plus vite que la philosophie. La découverte de la relativité « vient déformer les concepts primordiaux que l'on croyait à jamais immobiles », résume Bachelard.

Comment édifier la science quand la réalité dépend du point de vue de celui qui la regarde ? Les concepts d'acceptabilité et de réfutation datent de cette époque. On doit leur formulation au Cercle de Vienne, dont le manifeste de 1929 évoque le rejet des « scories métaphysiques et théologiques accumulées depuis des millénaires », d'où l'étiquette de positivisme logique qui lui est attribuée.

L'instrument de ce combat, c'est le critère de vérifiabilité empirique, car aux yeux de Popper et de ses proches, seul ce qui est vérifiable est scientifique. Plusieurs considérations en découlent, dont la séparation entre approche probabiliste et approche logique dans l'évaluation d'une hypothèse, la distinction de Reichenbach entre contexte de découverte (cheminement réel du chercheur) et contexte de justification (reconstruction a posteriori de la démarche), etc. La notion la plus répandue est sans doute la falsification : une hypothèse sera scientifique si elle est falsifiable, c'est-à-dire si elle peut s'exposer à une réfutation. La vérité est donc temporaire. La science progresse par succession de conjectures et de mises à l'épreuve.

Comme l'a souligné François Jacob à la suite de Galilée, la démarche scientifique confronte sans relâche ce qui est et ce qui pourrait être.

Destiné à guider les enseignants, cet ouvrage profitera à un large public surtout s'il dispose de quelques bases en histoire des sciences. Car, à l'exception de Newton, Jean-Yves Cariou n'évoque pas les enjeux que recoupent les questions de méthode, et qui débordent le champ de l'incontestable vérité. La pile électrique de Volta (1800) est ainsi née d'une controverse avec Galvani sur l'électricité animale, qui relevait de violentes rivalités académiques et politiques.

Ouvrage recensé – Jean-Yves Cariou, Histoire des démarches scientifiques, de l'antiquité au monde contemporain. Paris, Éditions matériologiques, 2019.