Expérience scientifique

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Une expérience scientifique est une manipulation et une observation, mises en oeuvre afin de vérifier si une hypothèse peut être validée. Les expériences peuvent être utilisées dans le domaines des sciences naturelles, mais aussi les sciences humaines: sociologie, psychologie, l'archéologie par exemple.

La conduite d'une expérience mène ainsi à deux types de bénéfice:

  1. D'abord le bénéfice pour l'hypothèse qui devient éventuellement une vérité scientifique, une connaissance nouvelle (si l'expérience a été pertinente);
  2. mais aussi dans tous les cas, un enseignement sur les causes de l'éventuel échec, enseignement qui sera réinvesti dans la définition d'une expérience plus adéquate. Le bénéfice est alors méthodologique.

Les expériences scientifiques, réalisées selon un protocole précis et renouvelable, sont essentielles en matière d'acquisition des connaissances, particulièrement dans les sciences dites exactes. Voir : Recherche scientifique ou Recherche technologique ; plan d'expérience ; liste des expériences scientifiques.

Sommaire

[modifier] Principe

Le plus souvent une hypothèse tente d'identifier une liaison cause-conséquence. Par exemple, mon hypothèse peut-être « la lumière permet la croissance d'une plante » .

L'expérience consiste à reproduire le phénomène « croissance d'une plante », de 2 manières:

  • D'une part sans le facteur à tester (sans lumière); c'est le témoin négatif.
  • d'autre part , un témoin positif, avec le facteur à tester (avec lumière). Ce dernier dispositif permet de vérifier que tous les autres éléments non testés sont opérationnels (la plante fonctionne bien).

Avant même la mise en oeuvre, les résultats de l'expérience doivent être prévus:

  1. Si la croissance ne se produit pas dans les 2 dispositifs, je ne peux rien déduire, si ce n'est que ma manipulation n'est pas adaptée à ma recherche.
  2. Si la croissance ne se produit pas sans lumière, mais avec la lumière, alors l'hypothèse est validée:" la lumière fait pousser les plantes".
  3. Si le phénomène se produit dans les 2 dispositifs, alors l'hypothèse n'est pas validée, mais elle n'est rejetée pour autant.

Il faut noter que:

  • En dehors du facteur à tester qu'il faut faire varier, tous les dispositifs doivent être rigoureusement identiques. Sans cela d'autres facteurs pourraient être à l'origine de la différence de résultats avec le témoin. Par exemple, s'il fait plus froid dans le premier dispostif sans lumière, l'absence de croissance peut-être aussi bien imputée à ce facteur température.
  • Les résultats des expériences doivent être prévus avant leur mise en oeuvre.

[modifier] Expérience scientifique à l'aide de modèle

Lorsque certains phénomènes naturels sont trop complexes, trop vastes, trop dangereux, trop chers, ou trop long à reproduire dans une expérience, on a recours à un dispositif simplifié : le modèle.

Il peut s'agir :

  • d'un modèle réduit (maquette). On parle de modélisation analogique, auquel les géologues étudiant la tectonique ont eu recours .
  • d'un modèle numérique (programme de simulation par ordinateur)
  • d'un modèle vivant , comme la souris qui permet d'éviter des expériences sur des humains.
Icône de détail Article détaillé : Organisme modèle.

Dans ce cas la validité du modèle peut être discutée. Mon modèle doit le mieux possible représenter l'objet sur lequel repose mon hypothèse. Par exemple pour démontrer l'origine humaine du réchauffement climatique on utilise des modèles numériques du climat. Les détracteurs de cette hypothèse remettent en cause ces modèles, qui ne prendraient pas assez en compte l'influence des nuages.

[modifier] Tester l'efficacité d'un médicament

Icône de détail Article détaillé : Étude randomisée en double aveugle.

[modifier] Structure théorique d'une expérience

D'un point de vue très général, l'expérience isolée comporte sommairement trois phases : la préparation ; l'expérimentation ; l'évaluation ; les deux dernières étant l'aboutissement simple de ce qui les a précédé.

Une expérience globale composée d'expériences partiellement individualisables comporte les trois mêmes pôles. Cependant si dans l'expérience isolée les trois phases constituent autant d'étapes réglées chronologiquement, dans l'expérience globale, il s'agit de trois registres qui interagissent en permanence. Ainsi :

  • L'évaluation est plus ou moins associée aux paramètres pris en compte dans la préparation, par exemple, les résultats questionnent la méthode d'échantillonnage ;
  • L'expérimentation peut être répétée, en fonction des deux autres phases ;

La préparation se réalise autour d'une double intention : la réussite de l'expérience, c'est-à-dire la conduite jusqu'à son terme ; la pertinence ou succès de l'expérience, c'est-à-dire l'accès à un résultat positif, à l'égard de l'objectif initial.

Chacune des intentions motivant et organisant l'expérience trouve ses limites dans au moins une forme d'incertitude : l'incertitude de base portant sur la réalisation de l'expérience est rejointe par autant d'incertitudes qu'il y a de choix possibles pour les conditions initiales.

La préparation est donc basée sur des perspectives et opérations d'anticipation ; supputations de l'expérience qui peuvent réduire l'incertitude sur tel ou tel paramètre.

La préparation aboutit ainsi à la réunion de facteurs d'efficacité.

Dans l'expérience globale, chaque phase ne résultant pas simplement de la précédente, les liens entre les conditions initiales et les résultats sont affectés par une complexité qui apporte une nouvelle charge d'incertitude.

L'évaluation se réfère à des critères qui auront été explicités en association avec la détermination des facteurs d'efficacité.

[modifier] L'expérience qualitative préalable

Wolfgang Köhler constate que "les physiciens ont mis des siècles à remplacer graduellement des observations directes et surtout qualitatives par d'autres, indirectes, mais très précises". Il cite quelques exemples où tel savant fait une observation singulière mais uniquement d'ordre qualitatif avant que ce fait - une fois découvert - serve de fondement à une méthode d'évaluation quantitative du phénomène ; ces méthodes se concrétisant souvent en instruments de mesure toujours plus perfectionnés.

Il généralise ce constat historique en posant que toute nouvelle science se développe naturellement par le passage progressif des "expériences directes et qualitatives" aux "expériences indirectes et quantitatives" ; celles-ci étant une caractéristique majeure des "sciences exactes". Il insiste sur la nécessaire accumulation préalable des expériences essentiellement qualitatives ; conditions indispensables des investigations quantitatives ultérieures.

C'est le défi qu'il propose à la psychologie qu'il considère comme une "jeune science. Il invite ainsi à résister à l'imitation de la physique ; à ne pas plaquer les méthodes d'une science mûre sur les tatonnements de celle qui se cherche et donc à favoriser avant tout la croissance des expérimentations préalables indispensables aux futures expériences quantitatives rigoureuses.

Reconnaissant la complexité de l'objet de la psychologie comparée aux simplifications que la physique autorise, il assure après avoir évoqué la question des tests qu"on ne saurait assez souligner l'importance de l'information qualitative comme complément nécessaire du travail quantitatif".

  • W. Köhler, Gestalt Psychology, 1929. Traduction française La psychologie de la forme, Gallimard, Paris, 1964. Traduit par Serge Bricianer.

L'exemple type est celui de Galilée, qui découvre le mouvement des planètes par l'observation avec une lunette astronomique.

[modifier] Expériences en champ

Dans les expériences en champ, au sens large (champ, verger, forêt, etc.), qui sont réalisées en recherche agronomique, on appelle blocs des ensembles de parcelles voisines qui servent à comparer différents traitements (différentes fumures par exemple).

Exemple d'expérience en blocs aléatoires complets relative à la comparaison de six éléments (par exemple six fumures différentes, numérotées de 1 à 6) au sein de quatre blocs.
Exemple d'expérience en blocs aléatoires complets relative à la comparaison de six éléments (par exemple six fumures différentes, numérotées de 1 à 6) au sein de quatre blocs.

Les blocs sont dits complets quand tous les éléments qui interviennent dans l'expérience (toutes les fumures étudiées par exemple) y sont présents. Ils sont au contraire dits incomplets quand seulement certains de ces éléments y sont présents.

La répartition des différents éléments est réalisée au hasard à l'intérieur des différents blocs, et indépendamment d'un bloc à l'autre, raison pour laquelle les blocs sont souvent qualifiés d'aléatoires ou randomisés.

Le cas le plus fréquent est celui des expériences en blocs aléatoires complets ou blocs randomisés complets.

L'utilisation de blocs (en anglais: blocking) intervient également, parfois sous d'autres dénominations, dans d'autres domaines que l'expérimentation en champ et la recherche agronomique (recherche industrielle ou technologique, recherche médicale ou pharmaceutique, etc.). En matière médicale par exemple, les blocs peuvent être constitués de groupes de patients qui présentent des caractéristiques semblables.

Le carré latin et le carré gréco-latin sont d'autres dispositifs expérimentaux, beaucoup moins utilisés que les blocs.

[modifier] Voir aussi

Symbole science