L'histoire des sciences est jalonnée de découvertes majeures, mais aussi d'erreurs. Loin d'être de simples impasses, certaines de ces erreurs se sont révélées étonnamment fécondes, ouvrant des voies inattendues vers de nouvelles connaissances et innovations. Cet article explore la notion d'erreur scientifique féconde, en s'appuyant sur des exemples concrets et en analysant les mécanismes par lesquels une erreur peut stimuler le progrès scientifique.
L'Apparente Certitude du XIXe Siècle et ses Fissures
Le XIXe siècle, malgré une vision mécaniste du monde et une priorité ontologique accordée à la matière, fut une période de bouillonnement intellectuel. Héritée de Newton, une certaine vision affirmait que le monde était désormais sans mystère, que les grands principes de la physique étaient fermement établis. Pourtant, cette période, qui aurait pu être perçue comme une ère de contentement et de suffisance, fut en réalité le prélude à un XXe siècle passionnant, marqué par des révolutions conceptuelles majeures (comme la découverte des quanta d'action par Planck et l'invention de la relativité par Einstein).
Au XIXe siècle, on rattachait le romantique Oersted*, le découvreur de l'électromagnétisme en 1820, à la gravitation newtonienne. Les erreurs commises, tout au long du XIXe siècle, ont fécondé leur propre travail.
La Nature Ambiguë de l'Erreur Scientifique
La notion d'erreur scientifique est potentiellement ambiguë. Il est essentiel de distinguer les différents types d'erreurs, une distinction épistémologique chère à Gaston Bachelard. Marie Gueguen, philosophe des sciences à l'Institut de Physique de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1), étudie les incertitudes qui entourent les mesures et les modèles scientifiques, avec pour champ d'application l'étude des molécules interstellaires. Son projet TUMLA ("Apprivoiser le monstre de l'incertitude : les leçons de l'astrochimie") vise à épauler les scientifiques confrontés à la difficile question de l'incertitude, en s'interrogeant sur les présuppositions qui sont à la source du raisonnement scientifique.
Selon Marie Gueguen, « les cas les plus difficiles sont aussi ceux susceptibles de fournir les bases d'une évaluation de modèle la plus robuste ». Elle souligne que « au sens strict, tout modèle est incomplet et donc faux. Mais ce n'est pas un problème, car même si tout modèle est faux, certains sont utiles. Le but est de trouver quel modèle est adéquat au problème visé, comme décrire un phénomène, prédire un résultat, ou expliquer pédagogiquement une anomalie par exemple ».
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Les incertitudes peuvent être systématiques ou statistiques, liées aux différences individuelles. Certaines incertitudes peuvent être réduites, d'autres apportent des connaissances essentielles. « Certaines incertitudes peuvent être une source de connaissance très importante, même essentielles lorsque l'on n'a pas d'autres moyens de comprendre ce qui se passe à l'intérieur d'un modèle. Les incertitudes ne doivent donc pas toujours être réduites, mais être comprises et utilisées pour les transformer en connaissances. »
Exemples d'Erreurs Scientifiques Fécondes
Henri Poincaré et la Stabilité du Système Solaire
À l'occasion des 350 ans de l'Académie des sciences, le mathématicien Jean-Pierre Kahane relate comment Henri Poincaré a commis la plus féconde des erreurs en cherchant à répondre à la question de la stabilité du système solaire.
En 1885, Poincaré répond à un concours organisé par le roi Oscar de Suède sur la stabilité du système solaire. Son mémoire, intitulé "Sur le problème des trois corps et les équations de la dynamique", décroche le prix. Le jury juge sa contribution d'une "telle importance que sa publication ouvrira une ère nouvelle dans l’histoire de la mécanique céleste". Poincaré y démontre, en effet, la stabilité du système solaire.
Cependant, avant la parution, le jeune mathématicien Phragmén, chargé de relire les articles, adresse une série de remarques à Poincaré. Poincaré se rend compte qu’il existe une lacune qui démolit une part de son mémoire, en particulier l’affirmation de la stabilité du système solaire.
Poincaré prend alors deux décisions : il demande à Mittag-Leffler de retirer de la circulation tous les exemplaires de la revue et se remet au travail. Il développe ce qui deviendra l’aspect central de son article, "les arguments géométriques qui permettent d’étudier le comportement des solutions des équations différentielles lorsqu’on n’a aucune formule pour les définir".
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Ces "méthodes" donneront naissance à une branche entière des mathématiques, les systèmes dynamiques, et à la théorie du chaos. Si la question de la stabilité du système solaire reste ouverte, les outils de Poincaré demeurent utilisés.
La citation précédente est sans doute une des premières descriptions de ce qui a, beaucoup plus récemment, été baptisé d’" effet papillon ", l’idée qu’à cause du caractère instable des évolutions dynamiques associées au système météorologique, le battement d’ailes d’un papillon pourrait sur le long terme être à l’origine de tempêtes et autres cataclysmes.
Poincaré va introduire un changement de point de vue fondamental. Ses prédécesseurs traitaient les équations différentielles comme des équations, et cherchaient à en représenter les solutions par des formules toujours plus sophistiquées. Poincaré va s’apercevoir que, pour la plupart des équations différentielles, on ne peut disposer d’aucune formule raisonnable. Il va traiter les équations différentielles comme des objets géométriques, une révolution conceptuelle qui ouvre des perspectives complètement inédites.
La situation considérée par Poincaré dans son mémoire est le problème restreint des trois corps, le cas le plus simple après celui de deux corps. Dans ce problème restreint, on fait les hypothèses suivantes. On suppose d’abord que l’un des corps, appelons-le $m$, est de masse nulle. Il n’influence donc en rien le mouvement des deux autres corps, appelons-les $m{1}$ et $m{2}$, mais subit l’attraction gravitationnelle de ces corps. On suppose de plus que les corps $m{1}$ et $m{2}$, dont le mouvement doit obéir aux lois de Kepler, se déplacent à vitesse uniforme sur des cercles concentriques (dont le centre est le centre de gravité de ces deux corps). On cherche à comprendre la trajectoire du corps $m$, et on ne s’intéresse qu’aux trajectoires contenues dans le même plan que celles de $m{1}$ et $m{2}$.
Dans cette hypersurface, Poincaré considère une surface $\Sigma$ (de dimension 2) transverse à la famille de courbes. Les équations d’évolution se traduisent par une transformation $T$ de cette surface $\Sigma$ dans elle-même : étant donné un point $x$ de $\Sigma$, on considère la courbe solution passant par $x$ à l’instant $0$ et on désigne par $T(x)$ le premier point où cette courbe solution rencontre à nouveau $\Sigma$. Il s’agit donc à présent de comprendre les itérations successives de cette transformation $T$ de la surface $\Sigma$.
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Poincaré analyse d’abord le cas des orbites périodiques. Considérons pour fixer les idées le cas d’une courbe de $\Sigma$, invariante par $T$ lorsque $\mu= 0$, pour laquelle l’angle de la rotation induite par $T$ s’annule. Tous les points de cette courbe sont donc fixés par $T$ lorsque $\mu= 0$.
Poincaré montre que la moitié d’entre eux sont stables et l’autre moitié sont instables, au moins au niveau infinitésimal. Poincaré étudie de plus près les points fixes instables. Pour chacun de ces points fixes, Poincaré démontre qu’il existe une courbe remarquable tracée sur $\Sigma$ passant par ce point fixe, dite stable ou positivement asymptotique, caractérisée par la propriété suivante : quand on itère la transformation $T$ à partir d’un point de cette courbe, la suite de points obtenue ainsi converge vers le point fixe. Il existe de même une courbe, dite instable ou négativement asymptotique, caractérisée par la propriété duale : quand on itère l’inverse $T^{-1}$ de la transformation $T$ à partir d’un point de cette courbe, la suite de points obtenue ainsi converge vers le point fixe.
Dans la version initiale du mémoire, il montre que les deux courbes coïncident au premier ordre en $\sqrt{\mu}$ ; il affirme aussi que les développements en les puissances successives de $\sqrt{\mu}$ sont convergents. Dans la version corrigée du mémoire, il montre que les deux courbes coïncident à tous les ordres en $\sqrt{\mu}$ ; si les développements étaient effectivement convergents, cela permettrait évidemment de conclure que les deux courbes sont égales.
Autres Exemples
D. Kaiser et N.H. Creager, dans le numéro de juin 2012 du Scientific American (« The right way to get it wrong »), traitent ce sujet. Le premier exemple, en mécanique quantique, est celui d’un schéma conçu par N. Herbert en 1981. Basé sur les résultats de N. Bell qui conduisirent au concept d’intrication, il aurait permis l’envoi de messages à une vitesse plus grande que celle de la lumière, ce qui est en contradiction totale avec la théorie de la relativité. Il fallut beaucoup de recherches pour découvrir l’erreur qui était cachée dans le schéma. Mais elles permirent une avancée spectaculaire avec un théorème qui interdit la copie (ou le clonage) d’un état quantique inconnu sans perturbation de cet état. Ce théorème est à la base de fructueuses études de cryptographie quantique.
Le second exemple de nos auteurs porte sur les recherches menées en 1943 par M. Delbrück, ancien étudiant de Niels Bohr. Il pensait que les virus avaient un seul gène et que la cellule hôte ne jouait pas de rôle dans leur reproduction. Ses tentatives de mise en évidence de ce gène échouèrent mais elles entraînèrent l’étude des bactériophages, par microscopie électronique, qui montra la complexité de ces organismes.
Le Rôle du Hasard et de la Préparation
Jean-Marc Ginoux nous invite à un voyage à travers l’histoire des découvertes scientifiques, parcourant les domaines de la mécanique, de l’optique, de l’électromagnétisme, de la chimie, de l’astronomie. L’auteur joue avec la place du hasard et des erreurs dans ces découvertes. Citant longuement des documents historiques, il retrace le cheminement parsemé d’embûches qui a amené, par exemple, à la découverte de la radioactivité… ou de l’Amérique ! Mais aucune avancée n’est réellement le fait du hasard car, comme l’a formulé Pasteur, « le hasard ne favorise que les esprits préparés ».
Les "Ratures Fécondes" et le Temps Long
« La science va sans cesse se raturant elle-même. Ratures fécondes » écrit Victor Hugo dans le chapitre L’Art et la Science de son livre William Shakespeare. Les conséquences d’une découverte ne sont pas toujours immédiatement prévisibles, le temps est l’élément indispensable pour faire émerger le vrai, le beau, ou l’utile pour l’homme.
L’histoire du laser est la démonstration du bon usage du temps long. Lors de sa découverte, l’effet laser était jugé sans grande portée. Son apport a grandi avec le temps, il est devenu progressivement utile à la fois pour la construction du savoir scientifique et pour son impact technologique ; il est de nos jours l’un des piliers de la technologie.
La Science Aujourd'hui : Entre Prolifération et Nécessité d'Évaluation
Aujourd’hui, la multiplicité de petites découvertes qui se résument souvent à des observations, ou à des constatations de l’existant, la prolifération d’inventions de toutes sortes n’ayant qu’un lien ténu avec la science, l’ensemble associé à l’immédiateté qui caractérise notre époque, ne laisse pas au temps le soin de laver les ratures.
Avec un taux annuel de publications compris entre 1,6 et 2 millions, soit une publication toutes les quinze à vingt secondes, on atteint l’absurdité. Comment évaluer une telle accumulation compulsive de résultats ? La valeur d’une publication scientifique tient à la rigueur de son acceptation. Aujourd’hui la profusion d’articles rend l’expertise aléatoire, il n’est plus possible d’évaluer correctement l’ensemble des publications.
Les éditeurs s’interrogent : l’autorisation de publier établie par d’obscurs experts n’est plus viable. Un nouveau mode de validation des résultats de la recherche se doit d’être mis en place, telle une méthode plus collective, à l’image de Wikipédia, où le savoir encyclopédique, aujourd’hui accessible sur le net, se construit par validation itérative.
Sciences Participatives et Recherche Hors des Murs
Ces recherches côtoient les sciences participatives, parfois appelées sciences citoyennes ou sciences collaboratives. Elles sont « des formes de production de connaissances scientifiques auxquelles des acteurs non-scientifiques-professionnels - qu’il s’agisse d’individus ou de groupes - participent de façon active et délibérée » exprime François Houllier, dans son rapport Sciences Participatives en France.
DIY (Do It Yourself), dont la traduction est « Faites-le vous-même », est une autre forme de recherche hors les murs des laboratoires. Nécessitant peu de moyens, elle s’est structurée en associations dès le début du XXe siècle aux États-Unis. Avec le développement du numérique, elle est en forte progression.
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