Les six règles de Faraday : faisons-en notre miel

Cela fait bien longtemps que je n'ai pas évoqué le merveilleux Michael Faraday et ses six règles de vie. 

Là, je suis conduit à le faire parce que je parle une promotion d'étudiants qui n'ont pas été exposés à ces idées. Je ne sais pas comment faire pour que cela se diffuse mieux, mais je sais en tout cas qu'il y a lieu d'y revenir ici... en espérant que je me suis amélioré depuis la dernière fois que j'ai évoqué cette question, que j'en ferai des commentaires différents. 

 

Il s'agit donc d'évoquer le physico-chimiste britannique Michael Faraday, un homme extraordinaire, et, surtout, un exemple. 

Physico-chimiste, tout d'abord, cela veut dire qu'il a fait des travaux de physique et de chimie. Par exemple, il a découvert le benzène, il a établi les lois de l'électrolyse, il a contribué à la mise au point de la lampe de sûreté des mineurs, il a exploré des aciers spéciaux, il a découvert l'induction électromagnétique, utilisée dans toutes les dynamos... 

Je m'arrête dans l'énumération parce qu'il est l'homme de trop de merveilleuses découvertes. En revanche, je veux surtout dire que Michael Faraday était d'une famille très pauvre. Il a perdu son père très tôt (à l'âge de 11 ans), et il a d'abord survécu un livrant des journaux : il était "saute-ruisseau", à Londres. Si pauvre que certaines semaines, il n'avait qu'un morceau de pain à manger ! Il fut recueilli par un émigré français, libraire éditeur, qui lui enseigna la reliure. 

Et il eut ainsi entre les mains deux livres qui changèrent le cours de sa vie :
1. un livre de vulgarisation de la chimie, par une certaine Madame Marcet : il fit les expériences proposée
2. un traité de morale pratique intitulé The improvement of the mind (Le Perfectionnement de l'entendement, ou la Culture de l'esprit), par un clergyman nommé Isaac Watts. 

Dans ce dernier livre, Faraday prit -et mit en oeuvre- six idées essentielles :

1. prendre des notes pour conserver les idées, 

2. entretenir des correspondances,

 3. vérifier ce que l'on vous dit 

4. ne pas généraliser hâtivement, 

5. avoir des collaborations, 

6. éviter les controverses. 

 

Faraday, qui était un homme doux, travailleur, intègre, curieux, attentif, soigneux, appliqua ces idées à la lettre et en devint le grand Michael Faraday qu'il fut. Je ne pense pas qu'appliquer ses idées puisse nuire à quiconque : qui ira voir la biographie de Faraday y trouvera de nombreuses circonstances où elles sont appliquées. Bien sûr, on pourrait parler des six règles de Watts, mais le livre de Watts est bien plus large. Et les six idées données ici l'ont été explicitement par Faraday. Parlons donc des six règles de Faraday... et, surtout, utilisons-les, faisons-en notre miel après que Faraday en ait fait le sien.

On me parle encore de Pasteur chimiste : n'a-t-on pas lu ce qui a été publié ?

Note liminaire : sutor non supra crepidam 

 

Hier, dans un comité éditorial, des collègues qui ne travaillent pas assez, qui ne lisent pas assez, qui ne se tiennent pas au courant de ce qui est publié parlent de Louis Pasteurs en des termes éculés, et je les ai renvoyés  : https://www.academie-agriculture.fr/publications/notes-academiques/n3af-note-de-recherche-des-cristaux-dauguste-laurent-et-des

Cet article a été publié avant   le 200e anniversaire de la naissance de Louis Pasteur, et il montre le début du travail scientifique de Pasteur. Rapidement, il a ensuite  bifurqué vers des études technologiques : il a cherché des remèdes aux maladies du vin, du ver à soie, des vaccins, etc. 

D'ailleurs, il a bien dit lui-même qu'il avait quitté les sciences pour les applications de celles-ci, en raison d'une volonté d'être utile. Et, effectivement, après des études de cristallographie, il a exploré les fermentations, puis la microbiologie. 

Mais expliquons comment le texte cité précédemment a été publié : pour le bicentenaire, on m'avait demandé d'explorer les premiers travaux de Pasteur à propos de l'étude des cristaux, et aussi les raisons de son passage de la physico-chimie vers la microbiologie. 

Après avoir lu une petite dizaine de texte où j'ai exploré cette question, j'ai vite mieux compris  l'homme, ses bon côtés et ses limites.

Tout d'abord, Pasteur a été moins chimiste que physico-chimiste, puisque certes, il étudiait des cristaux d'acides tartriques (ce qui relève la chimie), mais il les caractérisait physiquement, soit en mesurant l'inclinaison de leurs faces, soit en mesurant leur activité optique.
Ce sont donc deux thèses (la règle, à l'époque) qu'il a soutenues, l'une de chimie et l'autre de physique, et c'est ce mélange qui le conduisit à détecter que ce que l'on nommait "acide racémique" était en réalité un mélange de deux acide tartrique différents. 

Pour ces travaux, on voit déjà apparaître le caractère de l'homme : il publie beaucoup, avec une écriture grandiloquents, prétentieuse ; il se pose en découvreur extraordinaire, oubliant que c'est le chimiste Auguste Laurent qui lui montra la réunion des deux techniques de physique qu'il mettait en œuvre, et, mieux, qui lui fournit les cristaux avec lesquels il sépara deux acides tartriques.
Il est tout à fait surprenant, choquant, d'observer que, dans la publication où il décrit cette découverte, il ne dit pas un mot de Laurent ! Au point même que Laurent dût, un peu plus tard, publier aux Comptes rendus de l'Académie des sciences une note où il soulignait lui-même ses apports. A n'en pas douter : il y eut un grave différend entre les deux hommes, et Pasteur s'est mal comporté.
Certes, il publiait, travaillait, mesurait, et c'est cela qui est à porté à son crédit : beaucoup de travail, de l'opiniâtreté... mais avec des dents qui rayaient le parquet et qui ne me font pas trouver l'homme sympathique. 

D'ailleurs, quand on a cela en tête, le reste de sa carrière ne nous étonne pas, jusqu'à la statue de savant national qu'il se construit progressivement. Le pire, ce sont les textes de son gendre Vallery-Radot, homme de lettres qui fut le thuriféraire quasi officiel de son beau-père. 

Ajoutons que, pour ce qui concerne la partie physico-chimique, Pasteur n'est que le rejeton de Jean-Baptiste Biot, qui est bien insuffisamment connu. Et, pour la microbiologie, étonnons-nous que les pages wikipédia françaises en fassent le découvreur de la microbiologie... alors que les pages allemandes créditent Robert Koch de cela ! 

Enfin, je n'oublie pas que Pasteur fit tout ce qu'il pouvait pour être proche de ce Napoléon III qui confisqua la révolution française aux Français, et fut plus tard à l'origine d'une guerre qui engendra ensuite deux guerres mondiales. 

Bref, c'est une commémoration ambiguë que nous devions faire. Etait-ce contre productif ?

Je ne crois pas : car cela donne l'occasion de rappeler que c'est un travail opiniâtre qui permet d'obtenir des résultats... mais que, ayant cet exemple à ne pas suivre sous les yeux, il y a lieu d'être et de rester intègre ! D'éviter la prétention, d'avoir en toutes circonstances des valeurs dont nous ne rougirons pas. 

Au fond, il faut en conclusion que j'insiste sur quelques qualités de Pasteur. La première est son travail, son opiniâtreté. Nul doute qu'il a passé du temps au laboratoire et à la table d'écriture. Même s'il se répète dans ses textes, il cherche des généralisations, intelligemment. Mais il n'a pas la remarquable capacité d'un Lavoisier qui voyait bien la nécessaire généralisation dont la frontière était l'expérimentation. Relisons les textes de cet homme merveilleux, et notamment ceux où il discute la notion d' "élément". 

Ajoutons pour terminer, que ces travaux sur Pasteur m'ont fait bien comprendre combien, aux 17e et 18e siècles, les acceptions des mots atomes, molécules, particules, éléments, etc. différaient des acceptions modernes de ces mots. La chimie a beaucoup progressé, et, si l'on a conservé des mots anciens, nous ne pouvons pas comprendre la science du passé en leur donnant le sens qu'ils ont aujourd'hui. 

Quand fait-on des expériences ?

 Dans un livre d'histoire des sciences, je lis que les scientifiques de génie savent exactement à quoi attendre des expériences, mais je pense que cette phrase est très fausse.

Je conçois que l'on veuille faire penser au public auquel on s'adresse que certains grands scientifiques sont  « géniaux » mais quand même, il ne faut pas tout confondre, et en
particulier je crois qu'il est très pernicieux de laisser penser à une toute puissance de certains individus. Si nous voulons susciter de l'enthousiasme, ne faut-il pas, au contraire, montrer que nos prédécesseurs sont humains, très humains ?

D'ailleurs, l'auteur que je lis et qui motive ce billet (un mauvais livre, que je ne cite donc pas pour ne pas lui faire de publicité) se contredit puisque quelques phrases auparavant, il disait que les expériences servaient à interroger la nature : or si on interroge la nature c'est bien parce que l'on voudrait savoir ce qu'elle peut nous
dire et qu'on ne le sait pas, n'est-ce pas ?  

Il est plus juste de dire que les expérimentations permettent parfois de tester des hypothèses théoriques, mais qu'il y en a d'autres sortes, qui ont d'autres fonctions.
Par exemple, certaines expériences visent à établir, à mieux voir, à mieux identifier les phénomènes que l'on explore. Puis il y a les expériences qui visent à caractériser quantitativement ces phénomènes.
Puis il y a des expériences de confirmation des mesures, et des expériences de test des ajustements que l'on fait.
Et c'est seulement enfin qu'il y a ces tests expérimentaux des hypothèses théoriques.

Décidément, on est bien loin de l'image fautive qui est donné par l'auteur qui inspire ce billet.

Il faut y mettre de l'intelligence, de la théorie, du calcul

Quand nous parlons, c'est à nous d'y mettre de l'intelligence.
Quand nous écrivons, c'est à nous d'y mettre l'intelligence et celle-ci n'est pas dans l'information qui est véhiculée par les mots qui servent de base, qui motivent le discours.

De même, l'expérimentation ne vaut que par l'intelligence qu'on y met, et la même expérience peut conduire à bien différent selon les expérimentateurs.

Je me souviens, par exemplen d'un article scientifique qui avait été publié à propos de la libération de nitrates par des carottes : les auteurs s'étaient limités à mesurer les quantités de nitrates libérées après différents traitements. Que c'est plat ! Que c'est inutile...

Il apparaissait immédiatement qu'il y manquait l'essentiel,  à savoir l'interprétation théorique des résultats.

Car les expérimentations ne sont que le premier pied sur lequel tient la recherche scientifique,  le deuxième, le calcul,  la théorie. Sans ce travail, les expérimentations ne sont qu'un travail technique et non pas scientifique.

Ce qui me conduit à observer que bien trop souvent, les parties de discussion des articles scientifiques ne valent pas grand-chose, en particulier quand elles se résument à dire "Nous avons observé ceci comme l'avait fait untel" :   à quoi bon répéter quelque chose qui avait déjà été vu précédemment ?

D'ailleurs, il y a un symptôme visible : trop souvent, en science et technologie des aliments, ces parties de discussion se résument à des textes et non pas à des calculs. Je vois des synthèses verbales et non pas la composante théorique qui s'impose absolument.

Or je le répète, l'expérimentation ne vaut rien sans le calcul. Le calcul qui précède l'expérimentation permet de la concevoir efficacement, et surtout le calcul qui prolonge l'expérimentation  en fait autre chose qu'une accumulation de nombres sans intérêt.

À propos d'expérimentation, il y a sans doute de considérer la question de l'hermétisme

 

Explorer les mystères de la nature ? Il s'agit là de chercher ce qui est caché, un moteur constant d'exploration. On le trouve dans le conte de Barbe bleue, on le trouve dans les loges maçonniques, où une porte fermée invite à se demander ce qu'il y a derrière et à vouloir la franchir. On la trouve... partout.
Albert Einstein en parlait en ces mots : "lever un coin du grand voile", et j'observe que cet objectif n'est pas exactement celui de l'exploration des mécanismes, que je résume par l'évocation de la phrase "wheels within wheels".

Pour en revenir à l'expérimentation, il est vrai qu'elle nous conduit plus loin, et, d'ailleurs, même quand il s'agit d'une simple confirmation quelque sorte, elle permet de voir mieux parce que, ayant déjà vu, on peut alors voir autre chose, un peu comme à propos de littérature quand on dit " savoir lire, c'est savoir relire ».

Pour revenir plus en avant, à l'hermétisme, il y a donc ce délire qui consiste à imaginer trop,  à prendre trop à la lettre la question des relations entre le supranaturel (surnaturel ?) et le naturel, et je crois que nous avons tous en nous un peu de cette petite folie.
Le physico-chimiste Michael Faraday était sandemanien (une sorte de secte anglicane), c'est-à-dire qu'il appartenait à cette secte qui croyait à la littéralité de la Bible, et c'est dans cet esprit qu'il avait cherché une unification des phénomènes, quête qui continue à courir chez certains physiciens d'aujourd'hui.

Il est vrai que l'unification de l'électricité  et du magnétisme fut un tour de force extraordinaire et merveilleux, et il se poursuit aujourd'hui avec une recherche d'une unification de la gravitation avec la mécanique quantique : on cherche un cadre formel unique pour les deux théories.

Je conclus cette réflexion trop brève sur l'ivresse de l'expérimentation en observant à nouveau que c'est ce lien enivrant entre le pragmatique et le théorique qui fait beaucoup pour l'attrait expérimental.

A propos de confitures

 Discutant avec des amateurs de cuisine je m'aperçois qu'il y a lieu de donner des idées simples à propos de la confiture.

Une personne que je rencontre  me dit qu'elle commence par cuire de l'eau avec du sucre avant de cuire l'ensemble avec des fruits dans ce sirop... et c'est en réalité tout à fait inutile. Il suffit  de mettre les fruits et le sucre, d'attendre un peu pour que l'eau sortie des fruits par osmose vienne s'ajouter au sucre, et de cuire ensuite l'ensemble. D'ailleurs, cette pratique permet de mieux doser les quantités respectives d'eau et de sucre, en vue d'atteindre finalement  environ 50 % de sucre, ce qui est nécessaire pour que les molécules de pectines extraites des fruits lors de la cuisson puissent assurer la gélification (on y revient plus bas, plus systématiquement, et donc plus clairement).

D'autre part, je rencontre une personne qui me parle du cuivre dans les confitures, et qui me demande celui-ci ne va pas "déplacer" le calcium.
Je ne suis pas sûr de bien comprendre l'expression qu'il emploie, mais ce que je sais, c'est que les ions cuivre, comme les ions calcium, sont "divalents" : il peuvent se lier à deux molécules adjacentes de pectine, et solidifie le réseau de pectine qui assurent la prise en gel.

Mais le cuivre est toxique, alors que le calcium de l'est pas. Comment en ajouter ? Je propose de laver une coquille d'oeuf et de la dissoudre par du jus de citron. On ajoute la solution obtenue à la confiture.

Bref, je m'aperçois que bien souvent, les amateurs pensent à des gestes alors que je propose de penser à des mécanismes

Pour la confiture, il faut d'abord examiner l'objectif : partir de fruits et de sucre pour obtenir une masse cuite qui gélifie (on obtient un solide mou plutôt qu'un liquide.

Ce gel est assuré par les molécules de pectines, que la cuisson extrait des fruits : il faut donc cuire les fruits, qui se défont en un liquide où sont suspendues des matières solides et où vont se dissoudre les molécules de pectine. Cette "extraction" des pectines  il faut extraire les fruits
et les faire passer une solution, pour éviter de dégrader, il faut une dizaine de minutes.

Surtout, pour obtenir la prise en gel, il faut  une  proportion de sucre d'environ 50 % dans la préparation finale, ce qui correspond d'ailleurs à une bonne conservations.

Pour que le gel formé soit bien ferme, il faut acidifier suffisamment, par exemple avec du jus de citron. Ce qui de toute façon va de pair avec l'équilibre des goûts, l'acide venant combattre un sucré d'être excessif.

Et, comme dit plus haut, l'ajout de calcium permet de renforcer le gel.

Des expériences d'importances diverses ?

Je m'aperçois que je n'ai pas discuté beaucoup cette question d'une différence éventuelle de la force exploratrice des expériences scientifiques.

On connaît l'expression "expérience cruciale" : on nomme ainsi des expériences qui donnent des résultats scientifiques "déclencheurs", théoriquement essentiels,  comme si,  ayant longtemps attaqué la falaise,  le dernier coup de pioche détachait  l'ensemble des blocs.

Mais comparaisons n'est pas raison,  et on sait aussi combien la communication est souvent très proche du travail.

A propos de cette force des expériences, il y a lieu d'avoir une discussion et se demander si certaines sont vraiment plus puissantes que d'autres dans l'histoire des sciences, non pas par leur influence sur la communauté, mais vraiment par leur importance intrinsèque.

On retient certaines avancées, telles celles de Davisson et Germer, celle de Michelson et Morley, tel celle de Röntgen, de Pasteur avec l'acide tartrique racémique, et ainsi de suite.

La question est de savoir donc ces expériences sont véritablement plus importante que les autres si elles ont été mieux exploitées ou mieux communiquées. Par exemple, à propos de Pasteur et des acides tartriques, les cristaux avaient été préparés par Auguste Laurent, et c'est d'ailleurs lui qui avait enseigné au jeune Pasteur comment caractériser les cristaux par goniométrie et par polarimétrie des solutions.

Pour Volta, l'effet semble avoir été parfaitement nouveau... avec un dispositif simple, au point que tous, en Europe, en ayant connaissance par les correspondances, purent reproduire l'effet. Je ne dis pas que l'expérience n'était pas "importante", mais j'observe qu'il y a des considérations extrinsèques dans notre appréciation de l'expérience.

On peut aussi se demander s'il ne faut pas simplifier la question initiale en considérant deux types d'expérience : des expériences correspondant à des idées théoriques pour lesquelles des effets inattendus sont survenus, et des expériences montrant de nouveaux objets.

Pour ce second cas, observons qu'il y a beaucoup de romantisme dans la découverte du phosphore et l'on a immanquablement devant les yeux cette image où l'on voit un alchimiste dans son sombre laboratoire contemplant une fiole  illuminée. Dans cette épisode, l'alchimiste voulait trouver la pierre philosophale, transmuter le plomb en or, que sais-je ? Mais il a obtenu un résultat parfaitement imprévu et si manifeste que son mérite n'aura été que de calciner de l'urine pendant longtemps. Du point de vue théorique, son apport direct aura été nul, mais, évidemment, à long terme, l'importance théorique a été grande.
Etait-ce finalement une expérience "importante" ?

Considérons maintenant, sans fantasme, sans rhétorique, sans prétention, sans communication, une des nombreuses expériences que nous avons faites au laboratoire :  par exemple l'enregistrement d'un spectre de résonance magnétique nucléaire d'un café boisson obtenu à partir de graines particulières, broyées de façon particulières, puis infusées dans l'eau de façon particulière ;  je passe sur la totalité des étapes de préparation, sur les milliers de pesées nécessaires pour arriver à une expérience correctement menée et j'arrive à la dernière étape qui consiste à mettre une quantité connue de la boisson produite dans un tube de quartz, et d'enregistrer un spectre. Cette expérience est-elle anodine ou au contraire cruciale ? 

La première question à se poser et le savoir pourquoi elle a été faite :  nous voulions (par exemple) examiner si la composition des cafés boissons variait en proportion selon la taille des particules obtenues lors du broyage.
À partir de nombreux spectres c'est-à-dire de nombreux cafés différemment préparés avec des particules de différentes tailles, nous avons finalement observé que, en tout cas avec cette méthode d'analyse, nous n'observions pas de différence significative de concentration en certains composés dans le café boisson.
J'ajoute que le résultat n'est pas négatif : il est positif en ce sens que nous n'avons pas observé de différence de taille.
 

Mais je reviens à ma question  : pourquoi avoir fait cette expérience ? Et la réponse est : j'étais intéressé par les mécanismes de transfert des composés du café vers l'eau, et de l'eau vers les particules de café broyé.  
Et je réponds que  l'expérience elle-même vaut moins parce qu'elle est que parce qu'on en fait, et je répète ce que j'ai dit mille fois à mes jeunes amis venus expérimenter avec moi : nous produisons beaucoup trop de données, nous bougeons beaucoup trop nos doigts, nous passons beaucoup trop de temps à expérimenter et nous n'interprétons pas suffisamment ; nous obtenons des quantités considérables de résultats numériques, mais nous n'en cherchons pas suffisamment les conclusions des expériences.
 

Par exemple pour l'expérience précédente il est tout à fait insuffisant de s'arrêter à "nous n'observons pas de différence significative dans nos analyses" : d'une part, parce que cette conclusion doit nous donner des informations sur la question posée  mais aussi parce qu'elle peut donner des informations plus générales  qu'il nous faut trouver. 

 

Et cest là où il y a l'insuffisance scientifique de certains :  nous produisons des expériences,  nous obtenons des résultats  mais nous les interprétons bien insuffisamment.
Je prends un exemple de particulièrement net pour mieux dire cela : il y a plusieurs décennies, j'avais récupéré un article où des collègues avaient mesuré la quantité de nitrates dans des bouillons de carottes... et c'est tout : ils faisaient des bouillons à partir de carottes et c'était tout. 
Dans leurs articles, il y avait donc juste une vague introduction sans véritable objectif défini sauf mesurer la quantité de nitrates dans les bouillons de carottes, puis une méthode,  une une partie décrivant des approches expérimentales et les matériels, et, enfin,  les résultats des mesures, qui n'étaient donc que très peu interprétés, quasiment pas et en tout cas pas quantitativement. 

Bref il y avait là des mesures, mais pas un travail scientifique et il y avait lieu de reprendre l'article et d'en faire quelque chose, d'en faire véritablement un travail scientifique qui n'avait pas été fait puisque les auteurs s'étaient  limités à un travail technique. 

Et je conclus que oui, certaines expériences sont plus importantes que d'autres, quand elles ont vraiment fait avancer la connaissance, et pas augmenté les faits.