Les paradoxe apparent des sciences de la nature

 

Il y a des esprits qui s'effraient du paradoxe suivant  : oui les sciences de la nature cherchent les mécanismes des phénomènes ;  mais non, elles ne prétendent pas trouver l'explication de ces phénomènes, mais donnent seulement des modèles, des théories, de plus en plus précis.

 Oui, il s'agit de chercher les mécanismes des phénomènes, c'est-à-dire en réalité de chercher à les comprendre ;  mais non, les explications que l'on donne, assorties de concepts (l'électron, l'énergie, l'inertie, etc.) ne sont pas des explications,  mais des descriptions.

Et ces descriptions sont toujours insuffisantes, car un modèle réduit de la réalité n'est pas la réalité, et c'est précisément la raison pour laquelle les sciences de la nature n'auront jamais de faim. Elle decrivent de mieux en mieux les phénomènes jusqu'à des nombres de décimales vraiment extraordinaires, mais pour autant, les scientifiques savent bien que leurs théories sont insuffisantes, et c'est la raison pour laquelle, inlassablement, ils en cherchent des améliorations.

Il n'y a pas de contradiction dans cette attitude et, en tout cas, les théories, les modèles (il y a des subtilités dans lesquelles je n'entre pas ici) sont aujourd'hui bien autre chose que des récits, des discours : ce sont des équations, ce que je nomme aussi des calculs.

Dans un billet récent, j'avais dit que la science était fondée sur deux pieds : l'expérience est le calcul. Je le maintiens absolument, et je propose de prendre garde  à ce que raconte la vulgarisation :  les récits de vulgarisation sont toujours des transcriptions difficilement adaptées des systèmes d'équations qui constituent véritablement la science.

J'insiste sur le "calcul" : la recherche scientifique n'est qu'ensembles d'équations. Il est loin le temps de la description quasi entomologique des phénomènes, d'une simple découverte d'objets. Bien sûr, on trouve encore des objets nouveaux et c'est ce qu'ont couronné des prix Nobel comme ceux qui ont été attribués pour les découvertes des fullérènes ou du graphène, par exemple.

Mais aujourd'hui, les sciences de la nature ont considérablement avancé, et rares sont celles qui ont sont restés à une simple description des objets.

Et c'est donc dans les mécanismes, les théories, que se font les avancées les plus notables.

La recherche scientifique ? Il faut aimer l'incertain, l'inconnu, s'en réjouir et ne pas seulement le supporter ; s'en délecter !

Il y a un certain temps, un étudiant en stage dans notre groupe de gastronomie moléculaire s'est mis à pleurer quand je lui ai dit que nous ne savions pas ce que nous cherchons.

Il faut que j'explique que la recherche scientifique a pour objectif la découverte. Évidemment, si nous savions par avance ce que sont ces découvertes que nous cherchons à faire, il n'y aurait pas de découvertes puisque ces objets ou ces théories serait connus par avance.
Il nous faut donc explorer des phénomènes avec une méthode que j'ai exposée de nombreuses fois dans d'autres billets, dans l'espoir que nos expérimentations nous conduiront par induction à des théories nouvelles, ou qu'elles fassent apparaître des objets qui étaient alors inconnus.

Des exemples ? Je prends deux seulement.
Tout d'abord, il y a un peu plus d'un siècle, les physiciens ont observé que les phénomènes aux très petites tailles étaient mieux décrites quand on admettait que les grandeurs mesurées étaient quantifiées, à savoir qu'au lieu de varier continument, elles ne variaient que par petits sauts. Cela engendra la  "physique quantique.
D'autre part, bien plus récemment, des chimistes ont découvert que, quand on tirait du scotch posé sur un morceau de charbon, alors on détachait un plan d'atomes de carbone organisés en nid d'abeille, ce qui a été nommé le graphène. Sa découverte a donné d'ailleurs lieu à l'attribution du prix Nobel de chimie.

Personne n'imaginait que l'on fasse l'une ou l'autre découverte, au point même que, pour la première, elle choquait le physicien (Max Planck) qui la fit !

Donc je reviens à  ma question de la découverte, qui est et qui restera imprévue,  imprévisible. J'ai dit ailleurs qu'il n'y avait pas de stratégie simple pour la découverte et que  en conséquence, c'est en creusant des champs avec acharnement, avec soin, avec intuition, avec énergie que l'on avait quelque chance de pouvoir faire des découvertes ou d'inventer des théories.

En tout cas, ce n'est certainement pas en restant immobile que l'on y arrivera : il faut être actif, très actif, attentif car comme le disait très justement Louis Pasteur  « la science sourit aux esprits préparé : » oui, il faut être attentif, sur le qui-vive et traquer tout ce qui n'est pas conforme à nos idées initiales.

J'en arrive maintenant à notre discussion principale  : nous ne savons pas ce que nous cherchons puisque nous voulons faire des découvertes. L'étudiant que j'évoquais initialement s'est mis à pleurer parce que intellectuellement, cela lui était insupportable.
Depuis, cet étudiant a fait une belle carrière... mais pas dans la recherche scientifique, parce qu'il n'était pas à sa place là.

Certains collègues, aussi, ne me semblent pas à leur place : ceux qui considèrent que la position du scientifique est difficile, psychologiquement stressante.

A contrario, sont parfaitement à leur place celles et ceux qui jubilent de ne pas savoir, qui sont parfaitement heureux de devoir découvrir, ceux qui se délectent de cette "promenade dans l'inconnu". Gardons la comparaison avec l'exploration d'une forêt, à partir de la lisière. Sont faits pour la recherche scientifiques ceux qui aiment découvrir une sente, un arbre nouveau, une fleur nouvelle, qui aiment défricher une clairière, voir le bleu du ciel à travers les frondaisons.

Qu'est-ce que la chimie ? Et, a contrario, qu'est-ce qui n'est pas de la chimie ?

La chimie ? je suis obligé de me répéter un peu parce que non ne cesse de m'interroger et que, au fond, ayant fait le travail d'être en mesure de répondre aux questions de ce type, c'est bien la moindre des choses que je réponde.

Pour savoir ce que c'est que la chimie, il faut partir de l'alchimie.

L'alchimie est née de l'étonnement de l'apparition de métaux quand on calcine des minerais, par exemple, ou de l'étonnement du cycle d'évaporation et de condensation de l'eau, par exemple... Car il y a dans l'environnement de l'être humain ancien une foule de phénomènes,  évidemment tous mystérieux tant que l'on n'en a pas la clé, tant qu'on en comprends pas les mécanismes.

Ces phénomènes, les êtres humains anciens n'ont pas manqué de les explorer, au moins pour certains, et cela faisait déjà une sorte de philosophie naturelle, une sorte de sciences : chercher les mécanismes des phénomènes, n'est-ce pas l'objectif des sciences de la nature ?

 Bien sûr, à l'époque, il n'avait ni la méthode scientifique que nous avons aujourd'hui, ni les outils d'analyse modernes, ni même les concepts qui sont si important pour comprendre le monde :  le concept d'inertie, le concept de force, le concept d'énergie, l'iée d'atomes et de molécules... et les incertitudes ont duré pendant des siècles à propos de ce que nous savons être aujourd'hui et réarrangement d'atomes.

Il a fallu des tâtonnements, avec les "moyens du bord",  à savoir  le broyage, le chauffage, le refroidissement, et ainsi de suite pour explorer ces transformations.
Et c'est ainsi que l'on a pu croire, au moins pour certains, que l'on trouvait dans ces métamorphoses du monde les clés de longue vie,  d'où des recherches d'élixir de pierre philosophale, etc.

Il y a eu une alchimie expérimentale, "opérative", qui consistait à effectuer des expériences, et une alchimie plus spéculative, qui faisait des théories, et des théories sans  vraiment avoir les moyens de faire, débordant parfois considérable, délirant même parfois.

C'est vers le 17e siècle qui est apparue progressivement la possibilité de comprendre les réarrangement d'atomes.

Et après quelques hésitations, c'est quand même entre la parution du premier tome de l'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert et l'apparition du dernier tome de cette même Encyclopédie que l'on a cessé de parler d'alchimie, dans cette quête des mécanismes des transformations et des phénomènes,  pour parler de "chymie", d'abord, puis ensuite de "chimie".

Il était  ainsi très clair, pour Lavoisier et ses successeurs que la chimie était une science de la nature :  la science qui étudie les mécanismes des transformations de la matière, ce que nous savons être aujourd'hui des réarrangement d'atome entre atomes isolés, ions, molécules, etc.

Voilà pour la chimie : la science de la nature qui explore les réarrangements d'atomes

Ce qui n'est pas de la chimie ? Les applications de la chimie ne sont pas de la chimie. Louis Pasteur le disait ainsi : le fruit n'est pas l'arbre.
Ce qui n'est pas de la chimie ? La technique chimique, les industries de la chimie. Respirer ou marcher n'est pas faire de la chimie, parce que, ainsi, on ne cherche pas les mécanismes des phénomènes par la méthode scientifique : on se contente de respirer, de marcher, comme un animal. Et même si des réarrangements d'atomes ont lieu dans l'organisme. Car on se souvient que la chimie est l'étude de ces réarrangements, par l'opération de ces réarrangements.

En conséquence, les industries qui se disent "chimiques" usurpent le mot. Et il faut le dénoncer, car cela est malhonnête.

A contrario, il y a lieu de bien dire  à nos jeunes amis que l'étude des réarrangements d'atomes, la chimie donc, est une entreprise qui est loin d'être terminée. Elle a besoin de talents !

Des exagérations des auteurs de livres de cuisine ?

Lors de notre dernier séminaire de gastronomie moléculaire, nous avons testé une recette de sauce hollandaise  : l'auteur  préconise de mettre dans une casserole du beurre, des jaunes d'oeufs, un peu d'eau, du jus de citron et de fouetter en chauffant.

Surtout, cette recette indique que la préparation va doubler de volume.  mais en réalité si les

Pourquoi pas ? Mais à tester cette idée, on s'aperçoi que si les ingrédients sont bien donnés, le procédé manque cruellement de précision, car il est dit seulement de "chauffer à feu doux pendant 10 minutes".

A feu doux ? Doux, combient ? Personne ne le sait, et l'on est réduit à inventer en fonction des expériences du passé.

Au fond, c'est que l'on doit obtenir d'abord, c'est que le beurre fonde, que le fouet introduise des bulles d'air et que la coagulation de l'oeuf se fasse, pour donner de la consistance à la sauce.

J'insiste un peu : oui, il faut bien que le fouet puisse introduire des bulles d'air pour faire gonfler la préparation, car il n'y a pas de miracle : si la  préparation doit gonfler - ce qui n'est pas encore avéré- , alors c'est qu'on aura mis de quoi la faire gonfler c'est-à-dire de l'air.

Bref, lors de notre dernier séminaire, nous avons donc fait l'expérience du mieux que nous pouvions en contrôlant les températures et nous avons comparé le volume avant et après cuisson. L'augmentation à été d'environ 50 millilitres par rapport un volume initial de 250 millilitres,  ce qui est loin du doublement annoncé !

Certes, la sauce hollandaise était belle, un peu foisonnée, très agréable à consommer mais n'était-ce par décevant ? On avait le sentiment qu'une sauce foisonnée davantage aurait été meilleure.

Et là, je propose de ne pas oublier le beurre chantilly, que j'ai inventé il y a longtemps et qui consiste à émulsionner du beurre dans l'eau, puis à fouetter l'émulsion en la refroidissant : on obtient alors une consistance analogue à celle d'une crème chantilly, c'est-à-dire considérablement foisonnée.

De sorte que si l'on ajoute de l'oeuf, puis que l'on chauffe, notamment au four à micro-ondes, alors on peut coaguler l'ensemble, de sorte que le système foisonné soit stabilisé.

Bien sûr il reste la possibilité que quelqu'un observe ce gonflement que nous n'avons pas obtenu, en changeant les paramètres de la recette, mais j'aimerais alors qu'il nous dise bien comment il a fait... à part ajouter plus d'eau.