Je voulais des méthodes, mais je veux aussi des techniques, des démarches

Alors que je finis le manuscrit d'un livre didactique qui explique comment explorer les problèmes de chimie physique, reliant cela à de la cuisine pour agrémenter les études, j'ai une discussion avec un ami de longue date, à propos de la "méthodologie" scientifique, et notamment de la "méthodologie" du calcul : où trouver de telles "méthodes" ?

En réalité, la question est mal posée, parce qu'une méthode, c'est le choix d'un chemin, et il nous faut non seulement des méthodes, mais aussi des démarches, des techniques.

Pour arriver à la réponse, je connais et j'aime le livre de George Polya, à propos de la résolution de problèmes, mais c'est un livre plus centré sur les mathématiques que sur la physico-chimie.

Mon ami connaît-il autre chose ? Il me redit une position que je ne partage pas : pour lui, il n'y a pas de "méthode" générale, pas d'enseignement en "études de problèmes de physiques", et il faudrait que les étudiants s'approprient par eux-mêmes, avec leur intelligence propre et une bonne dose de travail, des façons de faire. Autonomie, liberté...

Moi, je sais quand même que les réflexions méthodologiques nous aident, et je sais que certains des étudiants venus apprendre auprès de moi sont demandeurs de conseils. D'ailleurs, ne suis-je pas moi-même demandeur de conseils ?
Je maintiens absolument que la "structure", la "démarche", la "technique" nous aident, nous épaulent. Je ne dis pas qu'il faille toujours marcher avec des béquilles méthodologiques d'autrui, mais je dis que nous avons besoin d'apprendre à marcher et que les réflexions des uns et des autres sont utiles. Nous pouvons tester leurs démarches, leurs technuiques, nous pouvons les explorer, nous pouvons les adopter, nous pouvons les rejeter... mais pourquoi éviter l'examen préalable ?

Lorsque je travaillais à produire la revue Pour la science, cette idée m'avait conduit à interroger des lauréats du prix Nobel de chimie, de physique, de physiologie, des mathématiciens, pour leur demander quelle était leur "méthode", disons leur démarche, leurs techniques... et ces personnes merveilleuses avaient accepté d'en livrer certaines.

Par exemple, une des techniques du physicien Pierre-Gilles de Gennes, prix Nobel de physique, s'apparentait tout à fait à une des techniques d'Enrico Fermi, prix Nobel de physique avant lui : il s'agissait de calculer des ordres de grandeur.

Une des techniques  de Jean-Marie Lehn ressemblait à l'une des méthodes de Dmitri Mendeleiev : faire des tableaux.

Comprenons-nous bien : je ne dis pas que la démarche les techniques remplacent le travail, la réflexion, et je ne dis pas non plus que les personnes que j'ai interrogées n'avaient qu'une seule technique. Mais je dis qu'ils ont été suffisamment généreux pour donner publiquement ce qui a contribué à leur réussite.

Et je veux absolument distribuer ces pépites à nos jeunes amis, afin de les aider à parcourir ce chemin pas si facile qui est celui des sciences de la nature. Oui, il y a (peut-être) des êtres d'exception, parfaitement autonomes, qui n'ont pas besoin des démarches des autres, mais soyons honnêtes : qui d'entre nous n'a jamais été aidé, au cours de sa formation, par un instituteur, par un professeur de lycée, par un camarade, par un parent, par un professeur d'université ?

Ce sera ma réponse absolument définitive : nous nous échelons les uns les autres, et je rêve d'une sorte de dépot public de démarches pour devenir demain meilleur scientifique qu'aujourd'hui. Sinon, à quoi serviraient les professeurs ?

Une méthode n'est pas une démarche

 L'enseignement est une activité amusante parce que, comme je l'ai dit aux étudiants à qui je faisais cours ce matin, c'est l'occasion de détecter les erreurs que l'on fait soi-même.

De ce fait, ce matin même, dans la première de mes diapositives, j'ai vu que j'avais employé le mot méthode là où j'aurais dû écrire technique !

Cela pose la question de savoir comment il est possible que quelqu'un qui veut faire bien puisse tromper à ce point.

Je sais pertinemment la différence entre une méthode, une démarche, une technique, et cætera.

D'autre part, ma faute m'a donné l'occasion de présenter des excuses aux étudiants et surtout de leur expliquer la différence entre méthode, démarche, technique, et caetera  : ce n'était pas inutile, car  j'en ai vu plusieurs qui ont été intéressés, ce qui est quand même l'objectif.

Mieux même, cela m'a donné l'occasion d'ouvrir une parenthèse à propos de l'emploi des mots et de leur importance pour la pensée scientifique.

Mes amis n'avaient pas connaissance de l'introduction rédigée par Antoine de Lavoisier dans son Traité élémentaire de chimie, quand il explique que, puisque l'on étudie des phénomènes et que l'on pense ces phénomènes avec des mots, on ne peut pas perfectionner la science en perfectionner le langage et vice versa.

Évidemment, j'ai dû batailler contre moi-même pour ne pas partir trop loin dans cette direction, pour revenir aux notions qui faisaient le sujet du cours mais j'espère avoir-sciemment bien sûr-introduit une petite pépite dans l'ensemble de secours qui, je l'espère, n'était pas une affreuse gangue.  

Cela étant, l'emploi du mot méthode à la place d'une technique était une faute mais je dois observer que c'est assez récemment que j'ai compris la confusion entre méthode et démarche, raison pour laquelle on nomme souvent doublement fautivement méthode expérimentale pour méthode des sciences de la nature.

D'une part, les sciences de la nature ne se réduisent pas à des expériences, puisque ces dernières doivent être enchâssés dans des réflexions théoriques, et notamment algébriques, ou au moins numériques, mais d'autre part la méthode, c'est le choix du chemin plutôt que le chemin lui-même et ce que l'on veut définir classiquement par méthode expérimentale est plutôt la démarche expérimentale qui comme on vient de le voir doit s'appeler des marches de la nature

Il y a bien longtemps, j'avais discuté l'expression méthode expérimentale, terminologie que j'avais confrontée à une autre qui est méthode hypothético-déductive, tout aussi erronée ou insuffisante (à votre goût), ou méthode a posteriori expérimentale comme le proposait Michel Eugène Chevreul.

Je ne veux pas m’appesantir, et je reviens à mon sujet : enseignant un cours qui était préparé depuis déjà quelques temps, je n'ai cessé de dire publiquement ce matin, au moins de le penser, que ce que je présentais était vraiment par trop imparfait.

Ce n'est pas une excuse, mais une observation qui doit conduire à faire mieux : malgré beaucoup de travail, je reste incapable de faire d'un premier jet, même avec de nombreuses relectures, quelque chose d'abouti, et je me méfie de mes taches aveugles.

Certes, je suis trop rapide souvent et c'est d'ailleurs la raison pour laquelle, quand je me relis, je le fais le plus lentement possible, notamment, ligne à ligne, caractère par caractère. L'expérience prouve que cela est insuffisant il faudra donc que je trouve une autre... méthode ? Non technique  ! 

Il nous faut des démarches claires et rationnelles

Je commence avec un cas particulier, mais il est très général.

Ce matin, examinant des spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) avec des collègues, j'ai eu l'occasion de répéter qu'il y avait lieu de ne pas se lancer au hasard dans une exploration infinie, mais, au contraire, d'appliquer une démarche rationnelle et efficace.

Qu'importe la technique évoquée, ici la RMN. Ce qui essentiel, c'est d'observer que les méthodes d'analyse modernes produisent une quantité d'information considérable, de sorte que l'on peut passer une vie entière à les interpréter.

J'ai déjà expliqué combien je pense que la méthode des ordres de grandeur était essentielle : on regarde d'abord un spectre de très loin, on repère (facilement) les informations principales, on analyse ces dernières, puis on s'approche un peu, ce qui signifie en pratique et que l'on grossit le spectre ; on  voit alors se dégager de nouvelles informations, que l'on analyse, et ainsi de suite.
On s'arrête quand on veut.

Mais cela, c'est déjà en quelque sorte une mauvaise solution, et on aurait toujours intérêt à penser qu'une expérience est une question posée à la nature.
Par exemple : y a-t-il des phospholipides dans la solution dont je fais l'analyse par RMN ?

Dans cette autre démarche, on n'utilise plus la démarche précédente, et l'on va chercher précisément les signaux attendus pour les protons des phospholipides (par exemple).

Plus techniquement maintenant, pour la RMN, il y a une démarche préliminaire à mettre en œuvre, qui consiste à chercher le signal de la référence et à le fixer exactement à zéro sur l'axe des déplacements chimiques, car si tout le spectre est décalé, on ne pourra plus rien analyser.
D'autre part, pour comparer des spectres différents, pour avoir des informations quantitatives sur les composés présents, il y aura lieu également, préliminairement, de d'intégrer le signal de la référence (cela signifie calculer son aire) et de fixer la valeur trouvée à 1, car c'est ainsi que l'on pourra comparer des spectres différents et voir d'éventuelles variations de quantité de composés qu'on aura identifiés.

Bref, pour être efficace, il y a lieu d'être rationnel de mettre en œuvre une démarche claire, bien définie, rationnelle.

Ce que j'ai dit ici pour la RMN vaut pour la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie UV-visible, la chromatographie en phase liquide couplée à la specrométrie de masse, etc... mais en réalité, ça vaut pour la vie tout entière : il faut faire le gros avant le détail, il faut avoir une démarche et non pas se lancer à l'aveuglette, au hasard, sans quoi on arrive nulle part

Derrière l'image : des molécules dans l'air.

 

Nous sommes bien d'accord que, pour  donner une idée de molécules dans l'air, il faudrait présenter un volume dans lequel se trouveraient des molécules.

Mais on peut aussi imaginer de prendre une photo dans le plan de deux molécules voisines et voici ce que l'on observerait.

Comme toujours avec les images, il y a  lieu d'être prudent, d'interpréter, car les molécules de l'air sont de différents types :  diazote, dioxygène, dioxyde de carbone...

Mais nous voulons donner ici une idée générale, un ordre de grandeur et l'on  considérera donc que l'air est fait de molécule de diazote.

Évidemment, les molécules diazote ne sont pas de petites haltères, mais au premier ordre encore, il y a peut-être lieu de se limiter à la représentation donnée ici, voire réduire les molécules à un point seulement puisque l'on verra le résultat plus tard.

La question est  :  quelle distance sépare deux molécules de diazote dans l'air ?

On considère évidemment de l'air à la température ambiante, dans des conditions normales de pression. Bref on ne tourne pas autour du pot  : on regarde l'air devant soi et l'on se demande quelle est la distance entre deux molécules d'air quitte à raffiner ensuite.

À ce stade, il doit y avoir une démarche mise en œuvre car on imagine bien que puisque les molécules d'air bougent tous sens dans le vide -j'insiste : dans le vide-, alors il y en a qui sont proches et d'autres qui sont plus éloignées.

Certes, mais pour faire un calcul d'ordre de grandeur, nous irons d'abord considérer une moyenne. Mieux encore, nous nous résoudrons pour le calcul à placer les molécules au centre d'un réseau cubique, dont nous cherchons la longueur de la maille. Avec cette démarche, il devient très facile de calculer la distance entre deux molécules d'air et plusieurs solutions sont possibles selon les lois physiques dont on se souvient.

Par exemple, si l'on a en tête la loi des gaz parfaits, alors on pourra écrire que le produit de la pression par le volume est égal au nombre de moles par une constante R et par la température absolue. Il est facile, en fixant un volume, par exemple d'un mètre cube, de calculer le nombre de moles, donc le nombre de molécules.
D'autres, qui se souviendront qu'une mole d'un composé fait un volume de gaz de 22,4 litres auront un autre point de départ pour leur calcul, mais en réalité ce sera le même.

Bref, selon ce que nous avons retenu de nos études élémentaires à l'université, nous aurons des possibilités qui nous conduiront ensuite à diviser le volume du gaz par le nombre de molécules (qui sera égal au nombre de moles multiplié par le nombre d'Avogadro).
Puis, ayant le volume associé à une molécule, on cherchera le côté du cube correspondant.

Et c'est ainsi qu'on s'aperçoit que la distance entre deux molécules dans l'air et d'environ 200 fois le diamètre d'une molécule de diazote  : l'air est donc c'est essentiellement de vide, d'où la représentation pas si fausse de la figure initiale.