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Pourquoi la recherche fondamentale est-elle fondamentale ?

C’est en écoutant le discours de Rolf Heuer, le Directeur Général du CERN, au forum économique mondial de Davos que j’ai voulu aborder ce sujet ici.

Rolf nous explique que ce n’est pas en persévérant dans la recherche appliquée sur la bougie que l’homme a découvert l’ampoule électrique à incandescence ! C’est bien en faisant de la science fondamentale, en voulant comprendre l’essence même de la nature, que l’homme a mis en évidence la nature de l’électricité et son fonctionnement, sans vouloir à priori trouver un système d’éclairage pour remplacer la bougie ou trouver une nouvelle source d’énergie.

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Cette problématique n’est pas nouvelle : Michael Faraday, un des pionniers dans la compréhension de l’électricité, fut à l’époque critiqué au sujet de ses recherches considérées comme « inutiles ». Il aurait répondu à William Gladstone au sujet de l’électricité : « Un jour, on pourra prélever des impôts dessus ». Faraday ne comptait pas si bien dire 50 ans avant la découverte de la lampe à incandescence par Thomas Edison puis de l’utilisation massive de l’électricité dans nos sociétés. Cette petite anecdote  nous permet de nous rendre compte qu’il est extrêmement difficile d’évaluer à un moment donné les retombées futures d’une découverte en recherche fondamentale.

 Délai entre recherche fondamentale et application

Le délai entre la recherche fondamentale et son application peut être très rapide voire instantané comme la découverte des rayons X et de la radiographie par Wihelm Röntgen en 1895. Cependant, ce laps de temps peut être beaucoup plus long : c’est le cas de la découverte du spin des particules (une propriété quantique fondamentale des particules) en 1925 et de l’augmentation des capacités des disques durs en 1997
(spintronique).

Bien évidemment, avant d’utiliser le spin des particules  dans nos disques durs d’ordinateurs, il fallait d’abord inventer l’ordinateur et le disque dur, qui eux-mêmes dépendent de centaines de découvertes fondamentales et il est donc normal que Samuel Goudsmit et George Uhlenbeck, les découvreurs du spin en 1925, ne puissent pas penser aux disques durs…

Ce raisonnement peut paraitre absurde mais il est pourtant important de le mentionner pour comprendre que le monde évolue vite et que de nombreuses applications de la recherche fondamentale peuvent être inenvisageables avec les connaissances de l’époque. Aujourd’hui, nous vivons de plus en plus dans une société de l’immédiateté où tout le monde (politiques incluses) veut voir des résultats immédiats. Il faut bien comprendre que la Recherche ne marche pas de cette manière et que la Science a besoin de temps!

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Les disques durs utilisent aujourd’hui la magnétorésistance géante, un phénomène quantique issu du spin des électrons (recherches issues du Prix Nobel français Albert Fert)

 L’explosion de l’information du 20ème siècle

Certes la Science d’aujourd’hui va plus vite qu’au 19ème siècle avec les moyens de télécommunications ultrarapides mais la quantité d’information a littéralement explosée et il devient de plus en plus difficile d’appréhender toute la recherche d’un domaine. Aujourd’hui, quand on fait un doctorat, on a besoin d’une année entière (après les 5 ans d’études universitaires réglementaires) pour faire l’état de l’art d’un domaine de la science souvent restreint.

Pour le dire plus simplement: il faut 1 année complète d’étude à un universitaire pour comprendre où en est la science dans un tout petit domaine que seule une poignée de chercheurs comprend vraiment. C’est pourquoi il est important de faire de la recherche dans un environnement pluridisciplinaire car aucun chercheur ne peut maitriser plusieurs domaines, contrairement aux scientifiques d’antan (disons jusqu’à la fin du 19ème siècle) qui cumulaient les fonctions de philosophes, médecins et scientifiques dans tous les domaines (mécanique, optique, thermodynamique…).

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Différences entre un scientifique du 17ème siècle (René Descartes) et du 21ème siècle (John Ellis)

 Des exemples tout au long de ce blog

Je voulais vous citer une série de liens entre recherche fondamentale et applications qui ont déjà fait l’objet de billets dans ce blog :

ARVA (Appareil de Recherche de Victime d’Avalanches) : Cet appareil permettant de sauver des vies en cas d’avalanches est basé sur l’émission et à la réception des ondes électromagnétiques découvertes à la fin du 19ème siècle et mises en équation par Maxwell en 1865.

Charpak et sa chambre à fils : Georges Charpak inventa un détecteur de particules bien particulier pour le CERN en 1968 et ce type de détecteur est aujourd’hui utilisé en imagerie médicale pour faire de la radiologie 3D.

Comment mesurer la température d’une étoile : On peut mesurer la température d’un objet (comme une étoile) à partir de son spectre électromagnétique via l’équation de Planck expliquant le rayonnement des corps noirs.

L’échographie : Cette technique
d’imagerie médicale bien connue des futures mamans est basée sur l’émission et la réception d’ultrasons, ondes sonores découvertes en 1883 par Galton.

La datation radiométrique au Carbone 14 : Cette méthode inventée en 1960 par Libby pour dater des échantillons organiques est directement issue de la découverte de la radioactivité par Becquerel en
1896.

Le LASER : En 1917, Einstein découvre
l’émission stimulée des atomes. Plus de 40 ans plus tard en 1960, ce phénomène est utilisé pour produire une source de lumière cohérente par Maiman: le LASER.

Le Microscope Electronique a Balayage : Ce microscope permettant de réaliser des images exceptionnelles depuis les années 60  n’aurait jamais pu voir le jour sans la découverte de la
structure de l’atome et des électrons du début du 20ème  siècle.

Sadi Carnot : Toutes les machines thermiques,
des machines à vapeurs aux moteurs d’avions à réactions en passant par les réfrigérateurs essayent de se rapprocher de la machine de Carnot, la machine thermique idéale. 

Le web : Il ne faut pas non plus oublier que pour
faire de la recherche fondamentale, il faut parfois construire des machines très complexes comme des accélérateurs de particules, et que pour construire de telles machines, il faut faire de la recherche appliquée et développer de nouvelles technologies. Un des meilleurs exemples est peut être le WEB : C’est en voulant échanger des informations issues de la physique des particules que Tim Berners Lee a inventé le WEB au CERN en 1989. Aujourd’hui, presque tous les foyers des pays développés l’utilisent.

Demain, la Physique

Je voulais absolument vous parler du dernier livre de vulgarisation scientifique que je viens de lire : Demain, La physique, édité chez Odile Jacob (la nouvelle version revue et augmentée fin 2009).

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 Le Principe

Cet ouvrage, rédigé par le gratin des physiciens français sous l’égide de l’Académie des sciences se veut original : parler de ce que les physiciens ne savent pas plutôt que de parler de la science « officielle » et statique qui a été figée à un instant donné dans des livres scolaires.

Quand je dis « gratin de physiciens » en parlant des auteurs, je pèse mes mots : pratiquement tous membres de l’Académie des sciences avec un prix Nobel (Albert Fert), tous les auteurs sont considérés comme faisant partie du fer de lance de la physique française. De plus, nombre d’entre eux sont d’excellents vulgarisateurs reconnus ayant déjà fait leurs preuves (voir par exemple ce billet que j’avais déjà fait sur un livre de Sébastien Balibar). Il est donc bien question de physique ici mais prise dans son sens large car la physique intervient dans de nombreuses disciplines de la science et c’est ce que ce livre nous montre élégamment : la physique est connexe à presque toutes les autres sciences comme la chimie, l’astronomie, la biologie, la climatologie, l’imagerie médicale, etc.

La volonté d’Edouard Brézin et Sébastien Balibar (qui ont dirigé la rédaction de cet ouvrage) a été de faire prendre conscience aux lecteurs l’ampleur de l’ignorance actuelle de la physique sur le monde qui nous entoure. Ils nous permettent ainsi d’entrevoir l’immense étendue et le potentiel de la recherche actuelle et future en physique. Eh oui, chaque nouvelle découverte entraine une ribambelle de nouvelles interrogations : c’est la science en marche ! Quand on voit la richesse et la quantité des découvertes du XXème siècle, on a du mal à imaginer toutes les nouvelles questions qui ont été soulevées et c’est précisément le but de ce livre de nous présenter certaines de ces questions.

 Pour comprendre l’état de connaissance de l’homme à un moment donné, il faut donc saisir l’évolution historique de la science : ses découvertes mais également ses échecs, ses incertitudes, ses questions, ses suppositions ainsi que ses ambitions ! En effet, un des objectifs principal de ce livre est également de démontrer à quel point la recherche fondamentale est un point essentiel au développement de toutes les technologies de pointes actuelles. Sans recherche en physique fondamentale, pas d’ordinateurs si petits et si puissants, pas d’Internet, pas d’IRM, pas de fibres optiques, pas de lasers, etc. Les auteurs ont d’ailleurs consacré deux chapitres spéciaux pour nous « raconter » l’histoire de la microélectronique et de l’imagerie médicale.

 Le contenu

Après un rapide aperçu de notre ignorance, la première partie parle de l’Univers et de ses lois, c’est-à-dire de l’astrophysique, de la physique des particules et de l’étude de notre bonne vieille Terre que nous ne connaissons pas si bien que cela.

Une deuxième partie traite d’un vaste sujet : la matière. On parle de l’épopée de la physique quantique, de la complexité de notre monde aux échelles microscopique et macroscopique avec les nombreuses questions que cela suscite. De plus, la compréhension (ou non) de certains états étranges de la matière que les physiciens ont qualifiée de « molle » est également traitée à la fin de cette partie.

La troisième partie traite la question du désordre. Le désordre a son importance en physique, que ce soit dans les matériaux pour les caractériser ou pour comprendre certains comportements aléatoires ou statistiques. La question de la prévision du climat est alors abordée dans ce contexte.

Enfin, la quatrième et dernière partie traite de certaines applications reines de la physique comme l’énergie nucléaire, la microélectronique et l’imagerie médicale.

  En Conclusion

Bref, je vous conseille vivement ce livre très bien écrit et surtout à la pointe de la recherche dans les différentes branches de la physique (et ce, sans qu’aucune équation ne soit retranscrite). Certes, la lecture peut parfois s’avérer ardue pour les néophytes mais certains passages peuvent être sautés sans problèmes (il y a d’ailleurs des petits encadrés de plusieurs pages pour aller un peu plus loin).

Bonn lecture et n’hésitez pas à laisser des commentaires si vous l’avez lu.

Quelle confiance dans les publications ?

Je ne sais pas si vous êtes au courant mais le nombre d’articles scientifiques qui paraissent chaque mois est faramineux (tant en presse de vulgarisation que dans les revues scientifiques spécialisées). Tout est-il bien contrôlé ? Comment s’assurer que ce qui est écrit est vrai ? Eh bien, tout d’abord, la véracité des articles est directement proportionnelle à la notoriété du magazine. Comme les magazines renommés permettent une grande diffusion dans le monde, ils sont très convoités et par conséquent, l’équipe en charge d’analyser les articles avant publication est plus sévère et souvent composée de personnes très spécialisées. Les deux plus grands magazines mondialement reconnus sont Nature et Science, deux magazines américains couvrant tous les domaines scientifiques. Ces deux « géants » de la Science ne sont pas comparables aux autres. Science par exemple est en fait le magazine de la AAAS (American Association for the Advancement of Science), la plus grande communauté scientifique du monde avec 10 millions de personnes. Mais en général les fautes se glissent plutôt dans la presse ultra spécialisée où il y a 30 pékins dans la monde au fond de leur labo qui vont vraiment comprendre l’article. Les fautes passent souvent inaperçues à cause de cela. En général dans la presse vulgarisatrice c’est assez rare de trouver des gros canulars. On trouve quelques rectifications de temps en temps dans les Errata du numéro suivant mais c’est tout.

Mais il faut toujours faire attention. Le plus bel contre exemple et donc le plus grand scandale est d’ailleurs plus que jamais d’actualité. En ce mois de Février, le clonage humain fait la Une du magazine La Recherche. Pourquoi ? Parce qu’on est revenu à la case départ sans toucher les 20 000 francs (et l’euro ?) (bien que dans ce cas ça se chiffrerait plutôt en milliards plus un prix Nobel mais bon). Je ne sais pas si vous vous en souvenez mais l’année dernière, au mois de mai, tous les journaux mettaient le clonage humain à la Une suite à un article paru dans le célèbre magazine américain Science. Le chercheur Coréen W.S.Hwang y disait avoir obtenu des lignées de cellules souches à partir d’un embryon humain cloné. Eh bien non, tout était faux, tous les documents avaient été falsifiés et les cellules obtenues provenaient en réalité d’embryons conçus par fécondation in vitro. C’est comme si Le Monde ou le Times déclarait qu’il y avait une troisième guerre mondiale et qu’en fait c’était des jeunes de banlieues qui brûlaient des voitures à Paris (toute ressemblance avec des faits réels ne serait que pur hasard).

Bref, vous avez compris, tout ce qu’on lit n’est pas la sainte parole, même si ce genre de scandale est heureusement rare. Néanmoins, dans les magazines ultra spécialisés de troisièmes catégorie il y a souvent beaucoup d’erreurs. J’ai d’ailleurs à plusieurs reprises étudié des articles en cours où le prof nous disait « Bon, faut jamais croire ce qu’il y a écrit, alors épluchez l’article et trouvez toutes les fautes » (pas les fautes d’orthographes, mais bel et bien les fautes de raisonnement ou de calcul).

En général, un article paraît dans la presse spécialisée, dans une revue bien précise et si après quelque temps le résultat paraît pertinent alors l’article est publié en vulgarisation avec des mots compréhensibles pour le commun des mortels. Pour illustrer ce cheminement, j’ai choisi un tout petit article de La Recherche du mois de février dans la rubrique Mathématiques accompagné de la publication originale :

Dans La Recherche : 

"La forme de l’oreille

Envoyons un son sur le tympan d’une oreille et mesurons la façon dont celui-ci le renvoie : peut-on, à partir de la structure du son émis et du son renvoyé, déterminer la forme géométrique du canal auditif ? Alexander Ramm, de l’université d’Etat du Kansas, vient de montrer que, sous certaines conditions, la réponse est oui. Il propose un algorithme pour retrouver informatiquement la forme du canal auditif à partir de cette analyse des sons. »

Et maintenant l’article original : http://fr.arxiv.org/PS_cache/math/pdf/0511/0511359.pdf

Je pense que si vous n’avez pas fait de prépa scientifique vous ne comprendrez que le titre (enfin si vous parlez anglais en plus). Voilà pourquoi la vulgarisation c’est cool : on peut comprendre !

Un autre exemple de publication scandaleuse a été réalisé par Alan Sokal aux Etats-Unis de manière consciente. J’ai d’ailleurs écrit un article sur son dernier livre (http://science-for-everyone.over-blog.com/article-1689690.html). Ce Alan Sokal, physicien renommé de l’université de New York en physique a décidé d’écrire un article sans queue ni tête, complètement faux en utilisant des techniques utilisées par les pseudo-sciences voulant se faire passer pour intelligentes. Eh bien l’article a été publié dans le magazine Social Text jusqu’au jour où il a révélé la supercherie en publiant un autre article expliquant pourquoi il avait fait cela et pourquoi l’article n’avait pas de consistance. Voici l’article en question qui s’appelle si on tente une traduction : « Transgresser les frontières : vers une herméneutique transformative de la gravitation quantique », faut vraiment s’accrocher pour comprendre et ça fait 40 pages :

http://www.physics.nyu.edu/faculty/sokal/transgress_v2_noafterword.pdf

et pour tous les articles et autres choses concernant ce sujet :

http://www.physics.nyu.edu/faculty/sokal/

Ca m’énerve j’aimerais vous citer plein de trucs de lui mais les bouquins que j’ai lus de lui sont restés en France chez mes parents et je n’y ai donc pas accès pour le moment. Enfin l’affaire Sokal, c’est un peu différent que notre problématique originale, son objectif était surtout de montrer que les sciences sociales permettent de publier tout et n’importe quoi.

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