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.

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.

Des expériences "élégantes" ?

On me parle d'expériences qui seraient élégante, nettes, stylées :  nous avons là trois adjectifs, de sorte que, si nous nous conformons à une saine pratique scientifique, nous devons nous interroger pour les remplacer par la réponse à  la question "Combien ?"

Mais il y a mieux, ou pire selon le point de vue :  l'élégance ? Il y a là un jugement de valeur qui ne me plaît guère avec souvent l'hypothèse selon laquelle quelque chose de simple et efficace aurait une beauté particulière. Mais  le baroque, alors avec son accumulation ? Je l'aime personnellement beaucoup et ne suis pas prêt à céder un oukase esthétique, surtout quand il est implicite.

Et puis au fond, du strict point de vue scientifique, c'est le résultat qui compte. Ce qui m'importe, pour une expérience, c'est de savoir quelle était la question posée à la nature par l'expérience, qu'est-ce que l'expérience a permis de récupérer comme information. Et c'est en termes de découvertes que je dois juger les expériences, sans pouvoir mettre autre chose qu'un sentiment personnel pour comparer des choses qui ne sont pas comparables.

Par exemple, la découverte du benzène, par Michael Faraday, cette découverte qui a conduit aux travaux sur l'aromaticité, en chimie, était-elle plus ou moins "importantes" que la découverte de l'induction électromagnétique ? Etait-elle "élégante" ? On s'en moque : ce qui compte, c'est d'avoir découvert le benzène, l'induction électromagnétique.

Je crois qu'à moins d'y mettre des jugements de valeur, nous serions insensés de vouloir comparer des résultats d'expériences qui ne sont pas comparables, sans avoir de boule de cristal assez puissante pour nous permettre de deviner le devenir, les conséquences des idées théoriques ou des découvertes d'objets ou de phénomènes que nous faisons.

Ah, les génies ;-)

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 pernicieux de laisser penser à une toute puissance de certains individus.

D'ailleurs, l'auteur que je lis se contredit, puisque quelques phrases auparavant, il écrivait que les expériences servaient à interroger la nature :  si l'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, non ?

Il est plus juste de dire que les expériences servent à tester des hypothèses théoriques. Et pas toutes, puisque certaines expériences tout d'abord vivent à établir, à mieux voir, à mieux identifier les phénomènes que l'on explore.
Puis il y a les expériences qui vivent 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 expériences qui testent des hypothèses théoriques.

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

Pourquoi faire des expériences au cours d'une recherche scientifique ? Ne cherchons pas à tuer des dragons de papier !

Dans un livre d'histoire des sciences, l'auteur pose la question de savoir pourquoi les scientifiques font des expériences, et il observe que la question semble banale.
Il met là en œuvre un procédé rhétorique qui a pour nom dragon chinois : il s'agit de créer un problème qui n'existe pas pour ensuite le résoudre, tout comme on pourfendrait un dragon que l'on aurait soi-même produit, en papier.
C'est un procédé à la fois un peu faible et terriblement prétentieux. Prétentieux, parce que l'on perce un dragon en papier, et faible parce que l'on a même pas été capable d'observer que l'on était dans cette position.

En réalité la question de pourquoi les scientifiques font des expériences est  passionnante, et certainement ni facile, ni banale. Pour comprendre l'importance de l'expérience en sciences de la nature, il faut se raccrocher à la description de l'approche scientifique,  qui passe par :
-  l'identification d'un phénomène : ce qui nécessite des expériences pour bien mettre en évidence le phénomène,
- par la caractérisation quantitative du phénomène : ce qui nécessite un très grand nombre de mesures, conformément à une idée de Francis Bacon, un des pères fondateurs de la science moderne,
- puis il y a l'étape de réunion des résultats de mesure en équations, qui parfois imposent des expériences complémentaires pour s'assurer qu'on ne dit pas n'importe quoi,
- vient ensuite la réunion des équations en théorie avec l'introduction de concepts ; certes de concept mais il ne s'agit pas de poésie ; il faut que ces concepts qui soient quantitativement appropriés au phénomène que l'on décrit,
- ayant cette théorie, on cherche une prévision théorique testable et là c'est une question entièrement théorique (mais il faudrait que je sois prudent et que je réfléchisse davantage à ce propos),
- et vient ensuite le test expérimental de la prévision théorique, qui impose manifestement de l'expérimentation.
 

On voit que la réponse à la question "Pourquoi faire des expériences ?" n'est certainement pas banale.

Des protocoles pour tester des précisions culinaires : à propos de salade

 

Je lis cette précision culinaire... dont je doute :
« Une salade défraîchie. Votre salade verte restée trop longtemps au réfrigérateur à mauvaise mine ? Trempez-en les feuilles dans l'eau chaude, puis rincez abondamment à l'eau froide. Elles devraient retrouver leur croquant et présenter un meilleur aspect. »

Comme souvent, on est tenté de plonger directement dans l'expérience qui consisterait à juger directement s'il y a un meilleur aspect. Mais le mot "meilleur" est un mot subjectif, d'une part, et, d'autre part, il faut d'abord savoir s'il y a une différence ou pas.

Il faut donc commencer par un test expérimental ; et, ici, je crois que nous aurions intérêt à couper la salade en deux, à tremper une moitié d'une part, et à  comparer à l'autre moitié par un test triangulaire (voir le billet du 19 mai 2026).

L'évaluation des résultats ne sera pas facile notamment parce qu'il faudra tenir compte du fait que les feuilles du cœur et les feuilles de l'extérieur ont des croquants différents naturellement, de sorte que quand on donnera des échantillons, il faudra prendre garde de donner des échantillons comparables.
Et, en tout cas, il faudra faire plusieurs tests successifs.

Les tests des précisions culinaires : il faut les répéter.

On ne dira jamais assez que le séminaire de gastronomie moléculaire est moins fait pour résoudre définitivement les questions que nous examinons que pour donner de l'énergie à nos amis pour qu'ils répètent nos expériences,  à la maison, dans les lycées hôteliers, dans les  écoles, les collèges, les lycées, les universités...
Il s'agit en effet d'assurer  nos connaissances, et surtout, de créer un réseau de sites où les expériences seront répétées, validées.

Prenons, par exemple,  une précision culinaire testée récemment dans notre séminaire à propos des haricots blancs, dont il est parfois dit qu'ils éclatent moins à la cuisson si l'on met des bouchons de liège dans la casserole.

Théoriquement, il n'y guère de raison pour laquelle des bouchons de liège pourraient avoir un effet sur des haricots, mais j'ai appris à  toujours tester les précisions culinaires sans a priori, sans penser qu'elles sont justes ou fausses, car j'ai vu trop de cas où je me trompait (ce qui ne me gêne pas, car je préfère être réfuter et progresser en observant mes erreurs, que rester dans l'erreur).
Et je vois comme parfaitement légitime le fait de tester cette précision, sans a priori, c'est-à-dire sans avoir l'idée qu'elle puisse être juste ou fausse, quels que soient les arguments théoriques. Bien sûr, en l'occurrence, je ne peux pas m'empêcher de penser que la précision des bouchons est fausse, parce que, comme j'ai dit rapidement, on voit mal quels composés libérés par le liège dans l'eau de cuisson pourraient s'opposer à l'éclatement. Mais on ne sait jamais,  car après tout, le liège est une écorce, qui contient des tanins, et ces derniers pourraient donc se lier à des composés de la surface des haricots. Tout comme le liège pourrait libérer des ions divalents, tels le calcium, le cuivre, par exemple qui pourraient peuvent renforcer les paroi végétale, et éviter l'éclatement.

Mais ne perdons pas de temps initialement à imaginer des hypothèses, et faisons rapidement l'expérience, ou plutôt refaisons l'expérience qui a déjà été faite lors d'un séminaire de gastronomie moléculaire. Au cours de cette séance, nous avions commencé par faire tremper les haricots, comme cela était prescrit dans la précision culinaire que nus avions recueillie, et nous avions ensuite réparti ces haricots dans deux casseroles identiques, contenant la même quantité d'eau, chauffées de la même façon, avec la même masse de haricots. Puis, la cuisson faite, nous avons déposé les haricots sur le plan de travail, et avons compté les haricots éclatés de chaque lot.
Il était important de faire plusieurs recomptages indépendants, comme vous le verrez si vous faites l'expérience, parce que, parfois, on décide difficilement si un haricot est éclaté ou non. Et avec ces valeurs, nous avons pu faire des comparaison... et observé qu'il n'y avait pas de différence significative entre les lots.

Mais s'il est vrai qu'un contre-exemple permet de réfuter une loi générale, il est vrai que nous avons utilisé une seule variété de haricots, et une qualié d'eau particulière, des bouchons spécifiques... et il serait bon de voir si le résultat se retrouve dans d'autres conditions. De toute façon, en sciences de la nature, on répète toujours les expériences, et, j'insiste un peu, nos séminaires sont là pour déterminer une méthodologie, voir les difficultés des tests expérimentaux des précisions culinaires, et nous avons besoin de tous pour les répéter. Profitez du confinement !

Samedi 3 août 2013. La gastronomie moléculaire concerne tous les pays, toutes les cultures.

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La gastronomie moléculaire ne vaut-elle que pour la cuisine française ? Non, bien sûr ! Cette discipline scientifique vise pour partie à étudier les précisions culinaires, c'est-à-dire les trucs, astuces, tours de main... 

 

Par exemple, les blancs en neige montent-ils mieux quand ils sont vieux ? Les poissons ont-ils une consistance différente quand ils sont cuits sur arête ? Les salmis doivent-ils vraiment attendre après la cuisson ? L'écumage des bouillons les fait-il plus clairs ? Les questions de ce type se posent par dizaines de milliers, pour la seule cuisine française, la seule que j'ai examinée un peu correctement. Toutefois des questions du même type abondent pour d'autres pays, pour d'autres cultures. Par exemple, au Brésil, avant le repas, il est courant de boire une cai pirinha en apéritif : le cocktail est fait de citron vert, de sucre de canne et de cachasa. Si l'on interroge les cuisiniers ou les barman brésiliens qui préparent cet apéritif, on les entend nous dire qu'il faut absolument enlever la peau des citron vert sur la partie centrale. Pourquoi ? Ils nous disent que cela donne l'amertume.

Pourquoi pas ? Faisons l'expérience. Or les expériences, à ce jour, n'ont montré aucune différence d'amertume, dans un test sensoriel bien fait. Je ne doute pas que toutes les cultures du monde, toutes les cuisines du monde aient leurs propres précisions culinaires : dictons, tours de main, astuces, proverbes, et la science nommée gastronomie moléculaire a bien des raisons de s'intéresser à ces objets culturels.

Tout d'abord, les personnes qui détiennent ces savoirs populaires sont souvent de vieilles personnes, qui risquent de disparaître avec leur savoir populaire, et l'on risque de perdre une foule d'information, d'idées, juste ou fausses -peu importe- qui concernent cette activité merveilleuse qu'est la cuisine.

D'autre part, il y a question de l'enseignement : peut-on imaginer de transmettre des données fausses à nos successeurs ? Non, bien sûr ! Alors il tester expérimentalement ces idées, afin de ne transmettre que les bonnes, mettre les autres au musée, bien conservées ; il faudra essayer de comprendre, aussi, comment les idées sont apparues, comment les idées fausses aussi sont apparues, et pourquoi ?

Et puis il y a des raisons scientifiques et techniques : parfois, les praticiens ont fait des observations remarquables, merveilleuses, incomprises de la science ; là, il faudra comprendre, faire des travaux scientifiques pour explorer les phénomènes, identifier leurs mécanismes... Et c'est ainsi que la gastronomie culinaire est une science éblouissante, remarquable, amusantes, passionnantes, à la portée de tous, au moins pour les tests expérimentaux.

Vive les sciences quantitatives, puisqu'elles cherchent sans cesse à « valider

--> Lors d'un précédent billet, j'ai vanté l'intelligence remarquable de la méthode mise en oeuvre par les sciences quantitatives. Ici, je voudrais faire part d'une caractéristique merveilleuse et hélas trop méconnue des sciences quantitative : la validation.

C'est quelque chose qui n'est guère enseigné au collège, au lycée, ou même à l'université. Au mieux, on nous dit qu'il faut « vérifier » les calculs, en les refaisant, en faisant une estimation du résultat, un ordre de grandeur, afin de voir que le résultat obtenu n'est pas exorbitant. C'est bien insuffisant, toutefois.

Or la validation est quelque chose de vraiment essentiel, et il faut répéter qu'il n'y a pas de travail scientifique sans beaucoup de validation.

De quoi s'agit-il ? Il s'agit de considérer, d'une certaine façon, que le diable est caché derrière tout résultat expérimental, derrière tout calcul. De ce fait, nous devons considérer a priori que nos résultats scientifiques, sont faux.

Oui, nos propres résultats, ces résultats que nous avons obtenus à la sueur de notre front, sont biaisés, gauchis, erronés, fautifs... Malgré tous le soin avec lequel nous avons préparé nos expériences, malgré tout le temps que nous avons consacré à nos études, nous devons craindre d'avoir laissé passer des erreurs, tels des poissons dans un filet percé. De même pour les calculs : même s'ils nous ont fait transpiré, même si nous avons séché pendant des jours, nous devons craindre qu'ils soient faux.

En conséquence de quoi nous devons trouver des moyens de tester les résultats expérimentaux, les calculs.

Au minimum, au tout petit minimum, une expérience doit être refaite plusieurs fois de suite. Pour les calculs, c'est une autre affaire, bien plus intéressante, et je propose de discuter cela une autre fois.

Revenons donc aux expériences et à leurs résultat. Il s'agit donc de refaire les expériences, mais pas de les refaire « automatiquement », telles des machines, pas les refaire à l'identique, sans quoi, évidemment, les mêmes erreurs se produiront à nouveau. Il s'agit de les refaire en exerçant un esprit critique, en remettant en question tous les gestes qui ont été faits pour pour la production du résultat. Non seulement nous devons pouvoir justifier toutes les caractéristiques des expériences, mais nous devons douter de la façon dont elles sont conduites, dont nous les avons nous-mêmes conduites, et des résultats qui sont donnés

Un exemple : la simple mesure d'une température. Ordinairement, dans la vie quotidienne, on prend un thermomètre et on lit l'indication qu'il donne. En science, le strict minimum consiste à douter de la fiabilité de cet instrument de mesure, à le plonger par exemple dans un récipient contenant de l'eau et de la glace (ce que l'on nomme de la glace fondante), afin de vérifier que l'indication est bien 0 °C, puis à plonger le même thermomètre dans l'eau bouillante, afin de vérifier que l'on obtient bien cette fois une indication de 100 °C.

Deux mesures, c'est une indication, pas plus... alors que l'on s'intéresse à des valeurs qui ne sont ni 0 ni 100, mais à toutes les valeurs dans cette gamme. Avoir foi que que l'instrument donnera les bonnes mesures entre 0 et 100 alors qu'il donne seulement des mesures correctes pour 0 et pour 100 ? C'est la porte ouverte au diable.

Bref lors d'une expérience, il y a lieu de douter de tout, toujours, tout le temps, à tout moment, et l'on comprend que la répétition n'est qu'une indication de plus, guère mieux. Le bon scientifique a des raisons de mal dormir, car il ne doit compter que sur lui-même, se surveiller, s'évaluer, se corriger, craindre le diable... Chaque résultat doit être reproduit, discuté prudemment, obtenu par d'autres moyens... validé en un mot.

Est-ce une prudence excessive ? La question des « extractions » trouve que non. Par exemple, récemment, dans notre groupe, nous avons mis au point une nouvelle méthode d'analyse des sucres dans les tissus végétaux, et, après un long travail, nous avons montré que la meilleure méthode d'extraction de ces sucres, afin de les doser, était fautive de près de 50 % !

D'autre part, toujours dans notre laboratoire, des collègues qui s'intéressent aux éléments métalliques dans les végétaux ont montré que même avec l'utilisation d'eau régale bouillante (un mélange d'acide nitrique et d'acide sulfurique concentrés) ne ne permettait pas de séparer la totalité des métaux présents, en vue de leur analyse. Les erreurs, dans ce cas atteignent environ 10 %.

Dix pour cent, alors que nos méthode d'analyse sont juste à la partie par millième de milliardième ! On voit bien qu'il il y a là de quoi travailler beaucoup, et surtout, de quoi douter beaucoup, toujours, de nos résultats.

Il y a lieu de valider, et ce mot de validation doit absolument être prononcé très répétitivement devant les élèves, les étudiants, qu'ils soient en formation initiale ou en plein exercice de la science.