Les methodes experimentales scientifiques consistent a tester la validite d'une hypothese , en reproduisant un phenomene (souvent en laboratoire) et en faisant varier un parametre. Le parametre que l'on fait varier est implique dans l'hypothese. Le resultat de l'experience valide ou non l'hypothese. La demarche experimentale est appliquee dans les recherches dans des sciences telles que, par exemple, la biologie , la physique , la chimie , l' informatique , la psychologie , ou encore l' archeologie .

Definies par le chimiste Michel-Eugene Chevreul en 1856, elles ont ete developpees par Claude Bernard en medecine et en biologie . Outil privilegie des sciences de la nature , les methodes experimentales sont egalement utilisees en sciences humaines et sociales .

Historique et epistemologie [ modifier | modifier le code ]

Definition [ modifier | modifier le code ]

La methode experimentale est ainsi definie par le chimiste Michel-Eugene Chevreul en 1856 : ≪ Un phenomene frappe vos sens ; vous l’observez avec l’intention d’en decouvrir la cause, et pour cela, vous en supposez une dont vous cherchez la verification en instituant une experience. Le raisonnement suggere par l'observation des phenomenes institue donc des experiences (…), et ce raisonnement constitue la methode que j’appelle experimentale, parce qu’en definitive l’experience est le controle, le criterium de l’exactitude du raisonnement dans la recherche des causes ou de la verite ≫ ^{[ 1 ]} .

Cette methode a ete centrale dans la revolution scientifique accomplie depuis le XVII ^e  siecle, en donnant naissance aux sciences experimentales. Parmi les precurseurs de la methode experimentale, il convient de citer le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle , qui est aussi le pere de la philosophie naturelle , ainsi que le medecin Claude Bernard .

Georges Canguilhem ^{[ 2 ]} et Jean Gayon ^{[ 3 ]} relevent la dette de Claude Bernard envers les theses methodologiques de Chevreul, liee au ≪ dialogue ininterrompu entre les deux maitres du Museum ≫ ^{[ 4 ]} , dette que le physiologiste reconnait d'ailleurs des l'introduction de son ouvrage majeur : ≪ de nos jours, M. Chevreul developpe dans tous ses ouvrages des considerations tres importantes sur la philosophie des sciences experimentales. (…) Notre unique but est et a toujours ete de contribuer a faire penetrer les principes bien connus de la methode experimentale dans les sciences medicales ≫ ^{[ 5 ]} .

Claude Bernard distingue nettement les approches empiriques et experimentales : ≪ L'empirisme est un donjon etroit et abject d'ou l'esprit emprisonne ne peut s'echapper que sur les ailes d'une hypothese ≫ ^{[ 6 ]} . Il insiste en effet sur l'importance de l'hypothese, et Canguilhem qualifie l' Introduction a l’etude de la medecine experimentale de ≪ long plaidoyer pour le recours a l’idee dans la recherche, etant entendu qu’une idee scientifique est une idee directrice et non une idee fixe ≫ ^{[ 7 ]} . Les etapes de la methode experimentale ont ete resumees par le sigle OHERIC , schema tres simplificateur, et des modeles plus proches d'une methode experimentale authentique ont ete proposes.

La these Duhem-Quine [ modifier | modifier le code ]

Le schema de la verification d’une hypothese a l’aide de l’experience est demeure en vigueur dans les sciences experimentales de Francis Bacon jusqu’au XX ^e  siecle, date a laquelle certains l'ont remis en cause ( Pierre Duhem en 1906 ^{[ 8 ]} ). En effet, selon l'article de Quine ≪  Deux dogmes de l'empirisme  ≫, il n'existe aucune ≪ experience cruciale ≫ qui puisse permettre de confirmer, ou non, un enonce scientifique. Quine soutient en effet une position holiste , qui ne denie pas tout role a l'experience, mais considere que celle-ci ne se rapporte pas a un enonce scientifique, ou hypothese, en particulier, mais a l'ensemble de la theorie scientifique . Aussi, a chaque fois qu'une experience semble apporter un dementi a l'une de nos hypotheses, nous avons en fait toujours le choix entre abandonner cette hypothese, ou la conserver, et modifier, a la place, un autre de nos enonces scientifiques. L'experience ne permet pas, ainsi, d'infirmer ou de confirmer une hypothese determinee, mais impose un reajustement de la theorie, dans son ensemble. Nous avons toujours le choix de proceder au reajustement que nous preferons : ≪ On peut toujours preserver la verite de n'importe quel enonce, quelles que soient les circonstances. Il suffit d'effectuer des reajustements energiques dans d'autres regions du systeme. On peut meme en cas d'experience recalcitrante preserver la verite d'un enonce situe pres de la peripherie , en alleguant une hallucination , ou en modifiant certains des enonces qu'on appelle lois logiques. Reciproquement (…), aucun enonce n'est a tout jamais a l'abri de la revision. On a ete jusqu'a proposer de reviser la loi logique du tiers exclu , pour simplifier la mecanique quantique  ≫ ^{[ 9 ]} .

L'experience qualitative prealable [ modifier | modifier le code ]

Wolfgang Kohler constate que ≪ les physiciens ont mis des siecles a remplacer graduellement des observations directes et surtout qualitatives par d'autres, indirectes, mais tres precises ≫ ^{[ 10 ]} . Il cite quelques exemples ou tel savant fait une observation singuliere mais uniquement d'ordre qualitatif avant que ce fait - une fois decouvert - serve de fondement a une methode d'evaluation quantitative du phenomene ; ces methodes se concretisent souvent en instruments de mesure toujours plus perfectionnes.

Il generalise ce constat historique en posant que toute nouvelle science se developpe naturellement par le passage progressif des ≪ experiences directes et qualitatives ≫ aux ≪ experiences indirectes et quantitatives ≫, celles-ci etant une caracteristique majeure des sciences exactes . Il insiste sur la necessaire accumulation prealable des experiences essentiellement qualitatives ; conditions indispensables des investigations quantitatives ulterieures.

C'est le defi qu'il propose a la psychologie qu'il considere comme une ≪ jeune science ≫. Il invite ainsi a resister a l'imitation de la physique, a ne pas plaquer les methodes d'une science mure sur les tatonnements de celle qui se cherche et donc a favoriser avant tout la croissance des experimentations qualitatives prealables indispensables aux futures experiences quantitatives rigoureuses.

Reconnaissant la complexite de l'objet de la psychologie comparee aux simplifications que la physique autorise, il assure apres avoir evoque la question des tests qu' ≪ on ne saurait assez souligner l'importance de l'information qualitative comme complement necessaire du travail quantitatif ≫ . L'exemple type est celui de Galilee , qui decouvre le mouvement des planetes par l'observation avec une lunette astronomique .

Principes [ modifier | modifier le code ]

Controle des parametres et test d'hypotheses [ modifier | modifier le code ]

La methode experimentale repose sur un principe : il s'agit de modifier un ensemble de parametres a l'aide d'un dispositif experimental concu pour permettre le controle de ces parametres, dans le but de mesurer leurs effets et si possible de les modeliser. Dans le cas le plus simple on cherche a modifier un seul parametre a la fois, ≪ toutes choses egales par ailleurs ≫ . Cependant il n'est pas toujours possible ni souhaitable de modifier un seul parametre a la fois. Ainsi en chimie lorsqu'on opere sur les constituants d'une seule phase ( liquide , solide , gazeuse ou sous forme de plasma ) la somme des concentrations des constituants reste egale a un ; modifier la valeur de l'une d'entre elles modifie inevitablement la concentration d'un autre constituant au moins. D'autres fois le resultat d'une experimentation portant sur un seul facteur peut induire une conclusion erronee. Ainsi le resultat recherche peut etre nul pour certaines conditions fixees et se reveler important lorsque les conditions fixees sont differentes. Ce cas traduit l'existence de ≪ synergie ≫ ou ≪ d'interaction ≫ entre des facteurs (Voir la comparaison de plans en etoile et de plans factoriels, Linder p.  38). Cet enjeu est parfois crucial (cas des synergies entre des medicaments, entre des polluants, etc.). Le plus souvent on cherche a tester une hypothese portant sur une liaison cause-consequence. Dans l'analyse des resultats (la qualite de cette liaison) les statistiques jouent un role tres important aussi bien pour porter un jugement (sur la precision du modele previsionnel obtenu) que pour concevoir une experimentation optimale par rapport au risque statistique (Linder, p.  126). Considerons l'exemple suivant a un seul parametre dont l'objectif est de tester l'hypothese suivant laquelle ≪ la lumiere permet la croissance d'une plante  ≫ . Dans l'exemple propose, differentes plantes seront soumises a des eclairages differents, toutes choses egales par ailleurs, notamment la temperature doit rester fixe et donc independante de l'eclairage, afin de mesurer l'impact de ce parametre sur leur croissance.

L'experience consiste a reproduire le phenomene ≪ croissance d'une plante ≫ de deux manieres :

• d'une part sans le parametre a tester (sans lumiere) ; c'est le temoin negatif.
• d'autre part, un temoin positif, avec le parametre a tester (avec lumiere). Ce dernier dispositif permet de verifier que tous les autres elements non testes sont operationnels (la plante fonctionne bien).

Avant meme la mise en œuvre, les resultats de l'experience doivent etre prevus :

• si la croissance ne se produit pas dans les deux dispositifs, je ne peux rien deduire si ce n'est que ma manipulation n'est pas adaptee a ma recherche ;
• si la croissance ne se produit pas sans lumiere, mais avec la lumiere alors l'hypothese est validee : ≪ la lumiere fait pousser les plantes ≫ ;
• si la croissance ne se produit pas avec lumiere, mais sans la lumiere, alors l’hypothese est refutee ;
• si le phenomene se produit dans les deux dispositifs, alors l'hypothese n'est pas validee, mais elle n'est pas rejetee pour autant.

En dehors du parametre a tester qu'il faut faire varier, les autres parametres susceptibles d'intervenir doivent etre fixes de facon rigoureuse sinon ≪ le mieux possible ≫. A defaut, ces parametres risquent d'etre a l'origine des differences de resultats entre l'experience temoin et les autres. Par exemple, s'il fait ≪ trop froid ≫ dans le premier dispositif sans lumiere ou si l'atmosphere ne contient ≪ pas assez ≫ de gaz carbonique, alors l'absence de croissance peut etre due a ces facteurs. On voit aussi la necessite d'un savoir scientifique le plus large possible pour permettre la bonne conception d'une experimentation.

La conduite d'une experience mene ainsi le schema d'interpretation epistemologique classique a deux types de benefice :

• d'abord la possibilite de verifier ou, mieux, de corroborer l'hypothese ou de la refuter  ;
• mais aussi dans tous les cas, un enseignement sur les causes de l'eventuel echec, enseignement qui sera reinvesti dans la definition d'une experience plus adequate. Le benefice est alors methodologique.

Experience scientifique a l'aide de modele [ modifier | modifier le code ]

Lorsque certains phenomenes naturels sont trop complexes, trop vastes, trop dangereux, trop chers ou trop long a reproduire dans une experience, on a recours a un dispositif simplifie : le modele .

Il peut s'agir :

• d'un modele reduit ( maquette ). On parle de modelisation analogique, a laquelle les geologues etudiant la tectonique ont recours ;
• d'un modele numerique (programme de simulation par ordinateur ) ;
• d'un modele vivant, comme la souris , mais dont la transposabilite a l' espece humaine n'est que de 43 % ^{[ 11 ]} .

Dans ce cas, la validite du modele peut etre discutee. Un modele doit representer le mieux possible l'objet sur lequel repose une hypothese. Par exemple, pour demontrer l'origine humaine du rechauffement climatique , on utilise des modeles numeriques du climat . Les detracteurs de cette hypothese remettent en cause ces modeles qui ne prendraient pas assez en compte l'influence des nuages .

Protocole experimental [ modifier | modifier le code ]

Le protocole d'experimentation regroupe la description des conditions et du deroulement d'une experience ou d'un test. La description doit etre suffisamment claire afin que l'experience puisse etre reproduite a l'identique et il doit faire l'objet d'une analyse critique pour notamment detecter d'eventuels biais.

Structure theorique d'une experience [ modifier | modifier le code ]

D'un point de vue tres general, l'experience isolee comporte sommairement trois phases :

• la preparation ;
• l'experimentation ;
• l'evaluation.

Les deux dernieres sont l'aboutissement simple de ce qui les a precede.

Une experience globale composee d'experiences partiellement individualisables comporte les trois memes poles. Cependant, si dans l'experience isolee les trois phases constituent autant d'etapes reglees chronologiquement , dans l'experience globale, il s'agit de trois registres qui interagissent en permanence. Ainsi :

• l'evaluation est plus ou moins associee aux parametres pris en compte dans la preparation, par exemple, les resultats questionnent la methode d'echantillonnage ;
• l'experimentation peut etre repetee, en fonction des deux autres phases ;

La preparation se realise autour d'une double intention : la reussite de l'experience, c'est-a-dire la conduite jusqu'a son terme ; la pertinence ou succes de l'experience, c'est-a-dire l'acces a un resultat positif, a l'egard de l'objectif initial. Chacune des intentions motivant et organisant l'experience trouve ses limites dans au moins une forme d'incertitude : l'incertitude de base portant sur la realisation de l'experience est rejointe par autant d'incertitudes qu'il y a de choix possibles pour les conditions initiales.

La preparation est donc basee sur des perspectives et operations d' anticipation  ; supputations de l'experience qui peuvent reduire l'incertitude sur tel ou tel parametre. La preparation aboutit ainsi a la reunion de facteurs d'efficacite. Dans l'experience globale, chaque phase ne resultant pas simplement de la precedente, les liens entre les conditions initiales et les resultats sont affectes par une complexite qui apporte une nouvelle charge d'incertitude. L'evaluation se refere a des criteres qui auront ete explicites en association avec la determination des facteurs d'efficacite.

Experiences en blocs [ modifier | modifier le code ]

Dans les experiences en champ au sens large (champ, verger, foret, etc.), qui sont realisees en recherche agronomique , on appelle ≪ blocs ≫ des ensembles de parcelles voisines qui servent a comparer differents traitements (differentes fumures par exemple). Les blocs sont dits ≪ complets ≫ quand tous les elements qui interviennent dans l'experience (toutes les fumures etudiees par exemple) y sont presents. Ils sont au contraire dits ≪ incomplets ≫ quand seulement certains de ces elements y sont presents.

La repartition des differents elements est realisee au hasard a l'interieur des differents blocs, et independamment d'un bloc a l'autre, raison pour laquelle les blocs sont souvent qualifies d'≪ aleatoires ≫ ou ≪ randomises ≫. Le cas le plus frequent est celui des experiences en ≪ blocs aleatoires complets ≫ ou ≪ blocs randomises complets ≫ (cf. illustration). Le carre latin et le carre greco-latin sont d'autres dispositifs experimentaux, beaucoup moins utilises que les blocs.

L'utilisation de blocs (en anglais : blocking ) intervient egalement, parfois sous d'autres denominations, dans d'autres domaines que l'experimentation en champ et la recherche agronomique (recherche industrielle ou technologique, recherche medicale ou pharmaceutique, etc.). En matiere medicale par exemple, les blocs peuvent etre constitues de groupes de patients qui presentent des caracteristiques semblables.

Instruments frequemment utilises en sciences experimentales [ modifier | modifier le code ]

Microscopie [ modifier | modifier le code ]

Les methodes de microscopie sont utilisees principalement en sciences de la matiere et de la vie : sciences des materiaux , biologie moleculaire , geologie … mais aussi pour les investigations : police scientifique , epidemiologie et diagnostic medical ( culture de cellules ), etudes environnementales (hygiene et securite du travail, pollution)…

• Microscope optique
• Microscope laser confocal a balayage
• Microscope electronique
• Microscope a force atomique
• Microscope a effet tunnel
• Microscope optique en champ proche
• Microscope de fluorescence par reflexion totale interne

Analyse structurale [ modifier | modifier le code ]

Ces methodes consistent a determiner la structure des cristaux et des molecules . Elles sont utilisees en chimie analytique , pour etudier la synthese des molecules ( synthese organique , industrie pharmaceutique ), en sciences des materiaux …

• Resonance magnetique nucleaire
• Absorption des rayons X
• Diffraction des rayons X
• Diffraction des neutrons
• Spectroscopie Auger

Analyse chimique [ modifier | modifier le code ]

De nombreux domaines ont recours a la chimie analytique .

• Microanalyse X
• Spectrometrie de fluorescence X
• spectrometrie de masse
• Surface plasmon resonance
• Spectroscopie de correlation de fluorescence (FCS)
• Spectrometrie

Cinetique chimique [ modifier | modifier le code ]

• Methode differentielle de van 't Hoff
• Methode de Powell
• Methode des temps reduits de reaction
• Methode d'Ostwald
• Methode des vitesses initiales

Essais mecaniques [ modifier | modifier le code ]

Les essais mecaniques ont pour role de determiner la capacite d'un materiau ou d'une structure complexe a se deformer (mise en forme, usinage , rheologie ), a s'user ( tribologie ), ou a casser. Cela concerne bien sur les sciences des materiaux , mais aussi la biomecanique .

• Essai de traction , essai de compression , essai de flexion .
• Essai de resilience , Mouton Charpy
• Mesure de durete
• essais de viscosite (fluides), essais d'ecoulement (poudres, suspensions)
• essais de permeabilite (fluide a travers un milieu poreux, membrane)
• essais de fluage (deformations differees dans le temps sous sollicitation constante)
• essais de fissuration (propagation de fissures)
• essais de fatigue (rupture par des sollicitations repetees, sous l'influence de facteurs physico-chimiques)
• essais de crash test (vehicule lance contre un obstacle)
• essais de resistance aux seismes (batiments, ouvrages d'art)
• …

Sciences humaines [ modifier | modifier le code ]

La methode experimentale est employee au sein de disciplines considerees comme des sciences humaines ^{[ 12 ] , [ 13 ]} , telles que la sociologie , la psychologie , l'economie ou l' archeologie .

L' experience de Milgram est un exemple d'experience de psychologie realisee entre 1960 et 1963 par le psychologue americain Stanley Milgram . Cette experience cherchait a evaluer le degre d' obeissance d'un individu devant une autorite qu'il juge legitime et a analyser le processus de soumission a l'autorite, notamment quand elle induit des actions qui posent des problemes de conscience au sujet.

La methode experimentale est l'une des disciplines principales de l'emission Sesame Street , inauguree en 1969. C'etait le professeur Gerard S. Lesser de l' universite Harvard , en qualite de directeur de ses conseilleurs, qui a fait introduire cette methode scientifique. Cette derniere, devenue dite methode Sesame Street , contribue a obtenir un grand succes de l'emission jusqu'ici, en y assurant une production par excellence pour les enfants d'age prescolaire ^{[ 14 ]} .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

• Claude Bernard, 1865, Introduction a l’etude de la medecine experimentale , reed. Paris, Garnier-Flammarion, 1966.
• Georges Canguilhem, 1968, Etudes d’histoire et de philosophie des sciences, Paris, Vrin. [ lire en ligne ]
• Georges Roque , ≪  La couleur reflechie  ≫, Etudes francaises , vol.  24, n ^o  2,‎ 1988 , p.  53?68 ( DOI   10.7202/035752ar )
• Jean Gayon, 1996, ≪ Les reflexions methodologiques de Claude Bernard : contexte et origines ≫, Bull. Hist. Epistem. Sci. Vie , 3 (1), p.  75-92.
• Richard Linder, 2005, Les plans d'experiences. Un outil indispensable a l'experimentateur , Les Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussees, 320 p. ( ( ISBN   2-85978-402-0 ) ) [ lire en ligne ]
• Roger Prat, Experimentation en biologie et physiologie vegetales , Editions Quæ , 2007 ( lire en ligne )
• Pierre Dagnelie, 2012, Principes d'experimentation: planification des experiences et analyse de leurs resultats , Presses agronomiques , Gembloux, 413 p. ( ISBN   978-2-87016-117-3 ) et edition electronique (PDF) .
• Daniel Serra, 2022, La "revolution" experimentale en economie. Une histoire des courants de recherche qui l'incarnent , Presses Universitaires de la Mediterranee (PULM), 280 p. ( ISBN   978-2-36781-476-6 )
• (en) Philip Ball , Beautiful experiments. An illustrated history of experimental science , University of Chicago Press , 2023 , 240  p. ( ISBN   978-0-226-82582-3 et 978-0-226-83026-1 , DOI   10.7208/chicago/9780226830261.001.0001 )

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Theorie verificationniste de la signification du positivisme logique

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Ressource relative a la recherche  :
  • Stanford Encyclopedia of Philosophy
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopedies generalistes  :

  • Den Store Danske Encyklopædi
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