Méthode expérimentale

La méthode expérimentale consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse en obtenant des données nouvelles, qualitatives ou quantitatives, conformes ou non à l'hypothèse.


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La méthode expérimentale consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse en obtenant des données nouvelles, qualitatives ou quantitatives, conformes ou non à l'hypothèse.

Elle est ainsi définie par le chimiste Michel-Eugène Chevreul en 1856, avant d'être développée par Claude Bernard en médecine et en biologie :

"Un phénomène frappe vos sens ; vous l'observez avec l'intention d'en découvrir la cause, et pour cela, vous en supposez une dont vous cherchez la vérification en instituant une expérience. Le raisonnement suggéré par l'observation des phénomènes institue par conséquent des expériences (... ), et ce raisonnement forme la méthode que j'appelle expérimentale, parce qu'en définitive l'expérience est le contrôle, le critérium de l'exactitude du raisonnement dans la recherche des causes ou de la vérité"[1].

La méthode expérimentale est aussi utilisée en sciences humaines[2]. Il est important, afin d'éviter toute manipulation de comprendre que la méthode expérimentale repose sur un principe : il s'agit de modifier un seul facteur à la fois pour mesurer son effet sur le comportement ou les pensées des participants[3].

Cette méthode a été centrale dans la révolution scientifique accomplie depuis le XVIIe siècle, en donnant naissance aux «sciences expérimentales». L'un des précurseurs de la méthode expérimentale est ainsi le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle, qui est aussi le père de la philosophie naturelle, puis, en médecine, Claude Bernard.

Georges Canguilhem (1968, p.  153 et 166) et Jean Gayon (1996) relèvent la dette de Claude Bernard envers les thèses méthodologiques de Chevreul, liée au "dialogue ininterrompu entre les deux maîtres du Muséum" (Canguilhem), dette que le physiologiste reconnaît d'ailleurs dès l'introduction de son ouvrage majeur : "aujourd'hui, M. Chevreul développe dans tous ses ouvrages des considérations particulièrement importantes sur la philosophie des sciences expérimentales. (... ) Notre unique but est et a toujours été de contribuer à faire pénétrer les principes bien connus de la méthode expérimentale dans les sciences médicales. " (1865, p.  28).

La méthode expérimentale a été employée par des disciplines visant à se donner un statut scientifique semblable à celui des sciences de la nature, telle que la sociologie, la psychologie, ou l'archéologie.

L'expérience scientifique se distingue de l'expérience empirique en ce qu'elle exige un protocole conçu à partir d'une hypothèse. Claude Bernard distingue nettement les deux approches : "L'empirisme est un donjon étroit et abject d'où l'esprit emprisonné ne peut s'échapper que sur les ailes d'une hypothèse. "[4]

Claude Bernard insiste en effet sur l'importance de l'hypothèse, et Canguilhem qualifie l'Introduction à l'étude de la médecine expérimentale de "long plaidoyer pour le recours à l'idée dans la recherche, étant entendu qu'une idée scientifique est une idée directrice et non une idée fixe. " (1968, p.  233). Les étapes de la méthode expérimentale ont été résumées par le sigle OHERIC, schéma particulièrement simplificateur, et des modèles plus proches d'une méthode expérimentale authentique ont été proposés.

L'expérience scientifique se réalise le plus fréquemment dans un laboratoire qui sert à s'assurer au mieux de la maîtrise de chaque facteur.

La conduite d'une expérience mènerait ainsi le schéma d'interprétation épistémologique classique à deux types de bénéfice :

  1. Initialement la possibilité de vérifier ou, mieux, de corroborer l'hypothèse ou de la réfuter ;
  2. mais également dans l'ensemble des cas, un enseignement sur les causes de l'éventuel échec, enseignement qui sera réinvesti dans la définition d'une expérience plus correcte. Le bénéfice est alors méthodologique.

Principe

Le plus fréquemment une hypothèse tente d'identifier une liaison cause-conséquence. A titre d'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 :

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

  1. Si la croissance ne se produit pas dans les 2 systèmes, 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 la croissance ne se produit pas avec lumière, mais sans la lumière, alors l'hypothèse est réfutée.
  4. Si le phénomène se produit dans les 2 systèmes, alors l'hypothèse n'est pas validée, mais elle n'est rejetée pour tout autant.

En dehors du facteur à tester qu'il faut faire fluctuer, l'ensemble des systèmes doivent être rigoureusement semblables. Sans cela d'autres facteurs pourraient être à l'origine de la différence de résultats avec le témoin. A titre d'exemple, s'il fait plus froid dans le premier système sans lumière, l'absence de croissance peut-être autant imputée à ce facteur température.

Les résultats des expériences doivent être prévus avant leur mise en œuvre.

Expérience scientifique avec modèle

Quand 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 système simplifié : le modèle.

Il peut s'agir :

Article détaillé : Organisme modèle.

Dans ce cas la validité du modèle peut être discutée. Mon modèle doit le mieux envisageable 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 suffisament en compte l'influence des nuages.

Protocole d'expérimentation

Le protocole d'expérimentation regroupe la des conditions et du déroulement d'une expérience ou d'un test . La description doit être suffisamment claire pour que l'expérience puisse être reproduite comme une copie conforme et il doit faire l'objet d'une analyse critique pour surtout détecter d'éventuels biais.

À titre d'exemple on a récemment constaté que les récipients en plastique utilisés pour la majorité des expérimentations biologiques relarguaient des additifs, dont certains sont des perturbateurs endocriniens. Même des récipients "neutres" en verre spécial peuvent modifier la forme des protéines qui entrent en contact avec les parois, ce qui peut fausser des expériences ou dégrader des processus de fabrication[5].

Structure théorique d'une expérience

D'un point de vue particulièrement 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 forment tout autant d'étapes réglées chronologiquement, dans l'expérience globale, il s'agit de trois registres qui interagissent en permanence. Ainsi :

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 d'origine.

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 tout autant d'incertitudes qu'il y a de choix envisageables pour les conditions initiales.

La préparation est par conséquent basée sur des perspectives et opérations d'anticipation ; supputations de l'expérience qui peuvent diminuer 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.

Historique et épistémologie

La thèse Duhem-Quine

Ce schéma, apparemment simple, de la vérification d'une hypothèse avec l'expérience, est demeuré en vigueur dans les sciences expérimentales, de Bacon jusqu'au XXe siècle, date à laquelle certains l'ont remis en cause (Pierre Duhem en 1906 [6]). En effet, selon l'article célèbre de Quine, Les deux dogmes de l'empirisme, il n'existe aucune «expérience cruciale», qui puisse permettre de confirmer, ou non, un énoncé scientifique. Quine soutient en effet une position holiste, qui ne dénie pas tout rôle à l'expérience, mais considère que celle-ci ne se rapporte pas à un énoncé scientifique, ou hypothèse, surtout, mais à la totalité de la théorie scientifique. Aussi, à chaque fois qu'une expérience semble apporter un démenti à l'une de nos hypothèses, nous avons en fait toujours le choix entre abandonner cette hypothèse, ou la conserver, et modifier, à la place, un autre de nos énoncés scientifiques. L'expérience ne permet pas, ainsi, d'infirmer ou de confirmer une hypothèse déterminée, mais impose un réajustement de la théorie, dans son ensemble; et nous avons toujours le choix de procéder au réajustement que nous préférons :

«On peut toujours préserver la vérité de n'importe quel énoncé, quelles que soient les circonstances. Il suffit d'effectuer des réajustements énergiques dans d'autres régions du dispositif. On peut même en cas d'expérience récalcitrante préserver la vérité d'un énoncé localisé près de la périphérie, en alléguant une hallucination, ou en modifiant certains des énoncés qu'on nomme lois logiques. Réciproquement (... ), aucun énoncé n'est à tout jamais à l'abri de la révision. On a été jusqu'à proposer de réviser la loi logique du tiers exclu, pour simplifier la mécanique quantique [7]

L'expérience qualitative préalable

Wolfgang Köhler constate que "les physiciens ont mis des siècles à remplacer graduellement des observations directes et en particulier qualitatives par d'autres, indirectes, mais particulièrement précises" (W. Köhler, Gestalt Psychology, 1929. Traduction française La psychologie de la forme, Gallimard, Paris, 1964. Traduit par Serge Bricianer) [réf.  incomplète]. Il cite quelques exemples où tel savant fait une observation singulière mais seulement 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 fréquemment en instruments de mesure encore plus peaufinés.

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" [réf.  nécessaire]; celles-ci étant une caractéristique majeure des "sciences exactes" [réf.  nécessaire]. Il insiste sur l'indispensable accumulation préalable des expériences principalement qualitatives ; conditions indispensables des investigations quantitatives ultérieures [réf.  nécessaire].

C'est le défi qu'il propose à la psychologie qu'il considère comme une "jeune science" [réf.  nécessaire]. Il invite ainsi à résister à l'imitation de la physique ; à ne pas plaquer les méthodes d'une science mûre sur les tâtonnements de celle qui se cherche et par conséquent à faciliter 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 indispensable du travail quantitatif".

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


Instruments souvent utilisés

Microscopie

Les méthodes de microscopie sont utilisées essentiellement en sciences de la matière et de la vie : sciences des matériaux, biologie moléculaire, géologie… mais également pour les investigations : police scientifique, épidémiologie et diagnostic médical (culture de cellules), études environnementales (hygiène et sécurité du travail, pollution) …

Analyse structurale

Ces méthodes consistent à déterminer la structure des cristaux et des molécules. Elles sont utilisées en chimie analytique, pour étudier la synthèse des molécules (synthèse organique, industrie pharmaceutique), en sciences des matériaux

Analyse chimique

De nombreux domaines ont recours à la chimie analytique.

Cinétique chimique

Essais mécaniques

Les essais mécaniques ont pour objectif de déterminer la capacité d'un matériau ou d'une structure complexe à se déformer (mise en forme, usinage, rhéologie), à s'user (tribologie), ou à casser. Cela concerne évidemment les sciences des matériaux, mais également la biomécanique.

Tester l'efficacité d'un médicament

Article détaillé : Étude randomisée en double aveugle.

Expériences en blocs

Dans les expériences en champ, au sens large (champ, verger, forêt, etc. ), qui sont réalisées en recherche agronomique, on nomme 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.

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

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

Le cas le plus habituel est celui des expériences en blocs aléatoires complets ou blocs randomisés complets (voir l'exemple).

L'utilisation de blocs (en anglais : blocking) intervient aussi, quelquefois sous d'autres appellations, 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 identiques.

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

Notes et références de l'article

  1. Chevreul Michel-Eugène, Lettres adressées à M. Villemain sur la méthode généralement et sur la définition du mot FAIT : assez aux sciences, aux lettres, aux beaux-arts, etc., etc. Paris, Garnier Frères, 1856, p. 27-29.
  2. Dépelteau François, La démarche d'une recherche en sciences humaines, Bruxelles, De Bœk, 2000, chapitre 5.2. La méthode expérimentale, p. 251-271.
  3. GIROUX Sylvain, TREMBLAY Ginette, Méthodologie des sciences humaines : La recherche en action, Éditions ERPI, Saint-Laurent (QC), 2009, p. 227.
  4. Claude Bernard, Principes de médecine expérimentale, PUF, 1947, rééd. Paris, PUF, 1987, p. 77.
  5. "Les récipents perturbent les médicaments" ; La Recherche, Janv 2009, p 24
  6. Pierre Duhem, L'expérience principale est impossible en physique, extrait de La théorie physique, son objet et sa structure, 1906, 1914, seconde partie, chapitre VI, § III. — L'«Experimentum crucis» est impossible en Physique
  7. Quine, Les deux dogmes de l'empirisme, in De Vienne à Cambridge, trad. P. Jacob, Gallimard, 1980.

Bibliographie

Voir aussi

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