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Instruments et bricolage en physique des matériaux : l’exemple des catachrèses

Catherine Allamel-Raffin
p. 23-36

Résumé

Un séjour, même bref, dans un laboratoire permet à tout observateur de saisir à quel point les instruments qui y foisonnent sont loin de fonctionner comme des boîtes noires. En témoignent les situations de « catachrèse » : on se sert d’un instrument en lui conférant un autre usage que celui auquel il est initialement destiné. Bien souvent, la recherche comporte une part d’imprévisible et le scientifique se voit confronté à des situations nouvelles pour lesquelles les outils disponibles s’avèrent inopérants. C’est pourquoi il va se livrer au détournement de certains d’entre eux afin de les adapter à sa demande spécifique. Les dispositifs techniques sont donc en constante interaction avec, d’une part, les êtres humains qui les façonnent et les font fonctionner, et d’autre part, les théories sur lesquelles ils reposent et qui parfois président à leurs modifications. Même si l’épistémologie classique a tendance à les rejeter dans l’ombre, ils jouent un rôle primordial dans le travail scientifique et l’établissement d’une conclusion au sein d’une publication. La philosophie et la sociologie des sciences tentent aujourd’hui de comprendre comment, placés dans des contextes où l’incertitude domine, les chercheurs parviennent à produire des connaissances, en construisant des ajustements robustes entre théories, modèles, instruments, expérimentations, savoir-faire et croyances.

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Texte intégral

  • 1  Les notions de paradigme et de « science normale » ont été développées par T. S. Kuhn dans La stru (...)
  • 2  L’expression « boîte noire » est employée ici au sens que lui confère la sociologie des sciences : (...)
  • 3  Celle-ci l’a elle-même emprunté à la linguistique. En effet, le terme « catachrèse » désigne origi (...)
  • 4  Y. Clot, 1997, p. 114 ; P. Rabardel, 1995, p. 123.

1Les travaux pratiques des cours de physique-chimie des lycées ont pour fonction de reproduire des expériences dont les résultats sont parfaitement connus. Pour employer les termes de T. S. Kuhn, il s’agit avant tout d’introduire les élèves aux « paradigmes » qui ont cours dans ces « sciences normales » que constituent la physique newtonienne, la chimie organique, etc.1 Au cours de ces expériences, les instruments sont présentés comme donnant lieu à des usages parfaitement définis et, semble-t-il, circonscrits une fois pour toutes. On pourrait en tirer hâtivement la conclusion que ce type d’usages est celui qui a cours dans les laboratoires de physique expérimentale ou de chimie. Or un séjour même bref dans un tel laboratoire permet à tout observateur de saisir à quel point les instruments qui y foisonnent sont loin de fonctionner comme des boîtes noires2. Pour étayer cette affirmation, nous souhaitons présenter un phénomène récurrent dans les pratiques de recherche quotidiennes des scientifiques : nous l’avons baptisé « catachrèse » en empruntant ce terme à la psychologie du travail3. Une situation de catachrèse est celle où l’on se sert d’un instrument en lui conférant un autre usage que celui auquel il est initialement destiné, ou encore lorsqu’un appareillage sert en dehors des limites normales de son fonctionnement4. Pourquoi recourir à un tel concept ?

2On peut souligner d’emblée que ces phénomènes de catachrèse ne sont pas réductibles à de simples curiosités, mais relèvent de l’ordre de la nécessité. En effet, les outils matériels et théoriques dont disposent les physiciens ou les chimistes sont conçus pour un certain nombre d’emplois précis. Or, bien souvent, la recherche comporte une part d’imprévisible et le scientifique se voit confronté à des situations nouvelles pour lesquelles les outils disponibles s’avèrent inopérants. C’est pourquoi il va se livrer au détournement de certains d’entre eux afin de les adapter à sa demande spécifique.

3Il nous semble qu’en mettant l’accent sur ces phénomènes de catachrèse, c’est une part de la créativité des scientifiques qui peut ainsi être mise à jour. On trouve là de multiples expressions de leur capacité à développer les ressources d’une inventivité et/ou d’une ingéniosité impressionnantes, afin de résoudre les problèmes auxquels ils sont confrontés. La catachrèse nous apparaît ainsi comme une procédure courante au sein des laboratoires de sciences expérimentales. Celle-ci est probablement insuffisamment prise en compte dans les recherches qui se donnent pour objet la science, du moins par les philosophes des sciences. Cet état de fait peut sans doute être expliqué par une préférence pour l’analyse logique des théories, la prise en considération des aléas et des singularités du travail expérimental pouvant constituer un passage obligé, mais de peu d’intérêt au regard de la perspective de systématisation de l’entreprise scientifique à laquelle souscrivent certains philosophes.

4Plusieurs exemples viendront illustrer notre propos et sont tirés de nos observations dans un laboratoire de physique des matériaux strasbourgeois : le Groupe Surfaces/Interfaces (GSI).

5Notre propos s’articulera en quatre temps : tout d’abord, nous présenterons notre terrain d’étude. Dans un deuxième temps, nous développerons quelques réflexions générales sur les instruments utilisés en physique des matériaux. Dans un troisième temps, nous proposerons des exemples précis de catachrèses. Enfin, nous suggérerons qu’une telle étude de terrain pourrait contribuer à une philosophie de l’expérimentation, qui reste pour une grande part à élaborer.

Présentation de notre terrain d’étude

6Pour notre étude, nous nous sommes inspirés des études de laboratoires en séjournant pendant plusieurs mois dans un laboratoire de physique des matériaux strasbourgeois : le Groupe Surfaces/Interfaces (GSI). Les études expérimentales qui y sont menées portent sur les propriétés physiques des matériaux, de l’échelle nanométrique à l’échelle millimétrique. Ces matériaux se présentent sous forme d’échantillons de quelques millimètres. Chaque échantillon prend la forme d’un dépôt métallique sur un substrat métallique (par exemple, un dépôt de nickel sur du cobalt ou encore un dépôt d’or sur du nickel).

7C’est grâce aux études menées au sein de ce type de laboratoire que se sont développées ce qu’on appelle désormais les nanotechnologies.

  • 5  Nous renvoyons le lecteur au chapitre consacré à l’instrumentation en physique des matériaux de l’ (...)

8Un laboratoire comme le GSI dispose d’un parc instrumental important qui comprend des microscopes (microscope électronique à balayage, microscope à effet tunnel, microscope électronique à transmission, etc.) et également d’autres instruments comme la diffraction des électrons lents, la spectroscopie Auger, la diffusion et la diffraction des rayons X en incidence rasante, etc.5

9L’ensemble des ces instruments fournit aux scientifiques des informations multiples sur les échantillons de matière étudiés. Ces informations pourront être d’ordre topographique, électronique, chimique, magnétique, etc.

Quelques réflexions générales sur les instruments utilisés au GSI

  • 6  Cette expression a été déclinée sous des formes diverses tout au long de l’œuvre de G. Bachelard : (...)

10Affirmer que les instruments sont des « théories réifiées »6 pour reprendre l’expression célèbre de Gaston Bachelard est exact, en un sens. Il y a bien des interactions fortes entre la théorie et les dispositifs techniques. Bon nombre des instruments auxquels recourent les physiciens de ce laboratoire sont construits conformément à des principes physiques bien connus et suffisamment maîtrisés pour que des industriels puissent les produire aisément. Les potentiomètres, les voltmètres, certaines caméras CCD, les ordinateurs, certains microscopes, notamment, sont achetés directement à des firmes qui sont spécialisées dans la fabrication de tels appareillages. Pourtant, ce qui frappe l’observateur non informé quand il entre pour la première fois dans de tels laboratoires, c’est l’aspect manifestement « bricolé » du parc instrumental qu’on y trouve. Les scientifiques du GSI créent, pour le besoin de leurs activités de recherche hautement déterminées, des agencements complexes à partir des divers instruments produits par l’industrie.

11Prenons l’exemple de ce que l’on appelle des « manips », telles qu’elles sont réalisées au GSI. Le terme « manip » désigne dans ce laboratoire un agencement matériel comportant un certain nombre d’instruments. Chaque « manip » sera donc différente de ses voisines, puisqu’elle ne comportera pas les mêmes composants.

12Par exemple, la « manip » que l’on peut observer sur la figure 1 est notamment constituée des  instruments suivants que l’on peut faire fonctionner indépendamment les uns des autres :
– un microscope à effet tunnel qui permet une analyse de la topographie de la surface des échantillons étudiés ;
– un spectroscope Auger qui fournit des informations chimiques sur la nature des matériaux se trouvant à la surface des échantillons étudiés ;
–  un évaporateur afin de pouvoir déposer sous forme gazeuse des métaux sur des substrats en vue de confectionner des échantillons ;
– des pompes à vide pour maintenir un vide équivalent au vide lunaire ;
– un instrument permettant un bombardement ionique permettant de nettoyer la surface de l’échantillon une fois qu’il a été observé ;
– un ordinateur qui permet d’obtenir des images.

Figure 1 : Une « manip » au GSI. (C. Boeglin, IPCMS-GSI)

  • 7  Chaque agencement étant unique, et sa fiabilité étant en partie déterminée par les compétences et (...)

13C’est le scientifique, assisté par les techniciens du laboratoire, qui a conçu et réalisé concrètement cet agencement. Chaque agencement de ce type vise à répondre à des objectifs de recherche précis en tenant compte de ce qu’il est techniquement possible de réaliser. En d’autres termes, tout agencement est ainsi conçu pour permettre une série d’expérimentations déterminées. Expérimenter dans ce contexte consiste à modifier, voire créer, les conditions de production ou de mise en évidence d’un phénomène afin de dégager une de ses propriétés. L’expérimentation met en jeu un ensemble d’éléments hétérogènes : un arrière-plan théorique, des modèles physiques, mais aussi de nombreux savoir-faire (perceptifs ou manuels) et bien évidemment un agencement instrumental. Étant donné que la maîtrise des savoir-faire tout comme la qualité des agencements instrumentaux sont fort variables d’un individu à l’autre, on peut affirmer qu’un climat d’incertitude règne dans ce type d’expérimentation7. Ce climat est sans doute une des caractéristiques des recherches expérimentales, quels que soit les domaines d’investigation considérés.

14Afin de réaliser leurs agencements instrumentaux, les chercheurs sont donc fréquemment amenés à « bricoler », tout comme un artisan est amené à le faire lorsqu’il s’adapte à une demande particulière. Bricoler, en l’occurrence, c’est mettre en jeu des éléments matériels combinables et adaptables aux circonstances. C’est également se servir de savoir-faire et des connaissances de base relatives au fonctionnement des divers instruments.

15Les « chercheurs-artisans » doivent ainsi être capables de faire preuve d’une grande créativité circonstancielle. L’agencement n’est pas un en-soi figé, pas plus que le chercheur n’est un exécutant rivé à une machine. L’adaptation de l’agencement instrumental ne se fait qu’en fonction des problèmes théoriques et pratiques qu’il s’agit de résoudre.

16La qualité de cette adaptation, qui dépend entre autres des savoir-faire, retentit sur les résultats de la recherche.

17Lorsque le travail d’adaptation s’est avéré particulièrement performant, il peut donner lieu à la production d’un article dans une revue technique.

18Lorsque les combinaisons des technologies disponibles – et a fortiori celles-ci prises isolément – sont impuissantes à fournir les informations souhaitées par les chercheurs, ces derniers vont franchir un pas de plus, produisant ainsi des phénomènes que nous désignons à l’aide du terme de « catachrèse », phénomènes qui demeurent bien souvent invisibles lors de la phase de publication des résultats et jouent pourtant un rôle important dans le processus de production de connaissances scientifiques.

Les catachrèses

19Rappelons qu’une situation de catachrèse est celle où l’on se sert d’un instrument en lui conférant un autre usage que celui auquel il est initialement destiné, ou encore lorsqu’un appareillage sert en dehors des limites normales de son fonctionnement.

  • 8  Cette classification est une première ébauche d’un travail plus vaste, à venir. Les différentes cl (...)

20En nous appuyant sur nos observations dans le laboratoire du GSI, nous proposons la classification suivante des catachrèses8 :
– les catachrèses courantes ;
– les catachrèses conduisant à la création d’un nouvel instrument ;
– les catachrèses théoriques.

Les catachrèses courantes

21Il s’agit de situations de la recherche au quotidien où les scientifiques s’adonnent à une catachrèse, sans que cela soit susceptible d’engendrer des problèmes théoriques particuliers à l’occasion de la publication des résultats. Dans l’ensemble constitué par ces catachrèses courantes, on peut ranger un certain nombre de « trucs » pratiques qui facilitent la vie des chercheurs.

22Prenons un exemple de catachrèse courante : la résolution d’un problème matériel, en l’occurrence le nettoyage d’une coupelle à l’aide d’une baguette chinoise. Dans le microscope électronique à transmission (MET), un filament en cristal permet d’obtenir de la lumière. Ce filament, en chauffant, risque d’émettre des particules de matière et de compromettre la haute résolution (le MET permet de produire des images à l’échelle de deux atomes). La présence de résidus de matière non désirée équivaut à une catastrophe pour ce qui est de leur qualité. Comment résoudre ce problème technique ? La microscopiste du GSI doit entreprendre de nettoyer la « coupelle » qui permet le passage de la lumière. Cette coupelle comporte des trous où se sont accrochées des particules de matière, et il ne faut surtout pas agrandir ces trous. Elle a donc mis au point, pour entreprendre cette opération, un outil tout à fait personnel mais très performant, à la différence de l’outil standard initialement fourni par le fabricant du microscope. Elle a en fait acheté un ustensile de table, des baguettes chinoises. Elle a fraisé et enduit d’alumine une de ces baguettes. Elle s’est ensuite armée de cet outil pour nettoyer prudemment et avec d’infinies précautions la coupelle, en contrôlant le résultat de son action à l’aide d’un microscope optique. Toute cette opération a nécessité une réelle habileté manuelle (comme d’ailleurs toutes celles que mène la microscopiste). Il est évident, ici, que la baguette chinoise a été détournée de son usage habituel… afin de résoudre un problème concret. Il s’agit bien d’un phénomène de catachrèse, au sens où nous avons défini ceux-ci.

  • 9  L’analyse d’une cinquantaine de publications dans des revues scientifiques, produites par les cher (...)

23Les catachrèses courantes font partie intégrante de la vie quotidienne d’un laboratoire. Bien souvent, elles font partie de l’ensemble des « trucs » que les chercheurs s’échangent de manière informelle. Ces catachrèses ont deux fonctions : faciliter certaines activités des chercheurs et améliorer la qualité des résultats scientifiques. Elles restent totalement occultées : il ne viendrait à l’esprit d’aucun chercheur de décrire dans une publication sa manière de fraiser une baguette chinoise9 !

Les catachrèses conduisant à la création d’un nouvel instrument : le détournement d’un microscope à force atomique (AFM)10

  • 10  Ce microscope a une résolution pouvant approcher le nanomètre. Il permet d’étudier tous types de m (...)

24Dans le cas de multicouches de métaux et de l’étude de leurs propriétés magnétiques, et dans une visée de reproductibilité, les défauts atomiques semblent jouer un grand rôle. Aucune technique disponible au GSI ne permettant de comprendre correctement ce phénomène, un chercheur s’est proposé de mettre au point une nouvelle technique de visualisation qui permettrait de mieux maîtriser l’objet d’étude (les défauts atomiques). Il s’agit en l’occurrence de détourner le microscope à force atomique (AFM) de son usage habituel (l’étude de la topographie d’un échantillon) en modifiant la pointe de ce microscope afin qu’elle soit sensible aux phénomènes magnétiques. à l’époque de notre séjour dans ce laboratoire, certains chercheurs restaient très dubitatifs devant les images produites par ce nouveau dispositif. Le pari fait par le chercheur ayant effectué cette catachrèse est qu’il arrivera à justifier cette nouvelle technique, en s’appuyant notamment sur l’utilisation d’autres appareillages à sa disposition.

Les catachrèses théoriques

25Une catachrèse théorique est réalisée lorsqu’un chercheur recourt à des données théoriques appartenant à un champ disciplinaire différent du sien, et les applique à son propre domaine. Prenons un exemple : celui de la Bourse et de l’électron.

26Au GSI, un chercheur a recouru aux lois statistiques sous-exponentielles appliquées dans le domaine boursier pour son propre champ d’investigation : le passage d’électrons à travers une barrière tunnel. En fait, qu’y a-t-il de commun entre la Bourse et le passage d’un électron à travers une barrière tunnel ? Ces deux phénomènes sont soumis à des événements rares qui induisent un comportement du système complètement différent de leur comportement habituel. Les lois normales de Gauss ne permettent pas de prendre en compte, ni de prédire ce type d’événement.

27Extrait d’entretien avec le chercheur en question (10/02/2002) :

  • 11  Dans les laboratoires de recherche contemporains, ce que l’on appelle expérimentation ne se canton (...)

Parce que bon, avant, on essayait de tout expliquer par des lois, soi-disant normales, donc de distribution du type gaussien. Maintenant, on s’est aperçu qu’il y a des événements rares qui induisent un comportement complètement différent. Disons, pour faire un exemple pratique : la Bourse. Ben oui, la physique et la Bourse (rires), ce n’est pas différent !
Et alors, c’est quoi, les événements rares en Bourse ?
Supposons que pendant un certain nombre d’années, tout marche bien, il y a une croissance qui est tout à fait normale etc. On pourrait considérer que c’est un comportement de type gaussien, normal. Donc, il y a les petites déviations autour d’une moyenne bien établie, bien connue. Et puis, à un moment donné, Ben Laden décide d’envoyer deux avions sur les tours du World Trade Center. Là, ça fait un petit coup, un événement rare qui ne pouvait pas être prévu par les lois normales et qui a déterminé un crash au niveau de la Bourse. Ça a complètement chamboulé tous les points de repères initiaux. Donc c’est reparti pour un tour avec d’autres paramètres complètement différents par rapport aux derniers. Et ça, ça peut être simulé avec des lois différentes de la loi normale qui sont appelées les lois sous-exponentielles. Il y a des gens qui travaillent là-dessus, des statisticiens qui se font quand même pas mal de beurre, parce qu’ils sont consultants auprès des boîtes de commerce, tout ça etc. Qui arrivent à prédire des choses qui n’étaient pas prévisibles à partir des lois tout à fait normales. Il se trouve que le passage des électrons à travers les barrières tunnels, ils ont plus ou moins le même comportement. C’est-à-dire qu’un seul événement induit le comportement de tout le reste. Donc ils peuvent être traités avec le même type de loi. Donc, j’ai commencé ça déjà en 2000, j’avais commencé à travailler là-dessus, avec F. B. Puis on a abandonné un certain temps, F. B. étant en Angleterre. Là, il est revenu, depuis le mois de septembre, on travaille de façon relativement intense là-dessus. Pour l’instant, on essaie de comprendre le mécanisme théorique. Donc là, je fais des simulations11 de ce qui se passerait si je mets un électron à travers une barrière tunnel, c’est complètement mathématique. Pour l’instant, si c’est un électron ou si c’est un avion qui se crashe, c’est strictement équivalent. Mais à la fin, quand on aura, disons, rassemblé toutes les données théoriques, on pourra les appliquer à certaines images prises ici à l’IPCMS avec la microscopie à champ proche. Ce qui permettrait d’expliquer des choses qui n’étaient pas explicables.

  • 12  Un autre exemple de catachrèse théorique est décrit dans A. Chalmers (2003) : R. Menter, en 1956, (...)

28Le chercheur a donc estimé qu’il pouvait recourir aux lois sous-exponentielles appliquées au domaine boursier à son propre domaine d’investigation. Il lui a fallu, bien évidemment, modifier quelque peu les formules de départ pour les rendre compatibles avec le problème de l’électron et de la barrière tunnel. Ce travail est fastidieux et extrêmement coûteux en temps. Mais le résultat semble prometteur. La mise au point de telles formules permettrait d’expliquer bon nombre de phénomènes restés jusqu’alors inexpliqués en microscopie en champ proche12, phénomènes qui constituent un problème quotidien pour les expérimentateurs en physique des matériaux.

  • 13  La notion de « flexibilité interprétative » a été développée par le sociologue des sciences Harry (...)

29Quelle est la destinée de ces catachrèses en tant que telles, indépendamment des services qu’elles rendent dans le cadre d’une recherche déterminée ? Certaines d’entre elles sont occultées lors de la phase de publication des résultats, d’autres donneront lieu à des publications scientifiques qui les prendront pour objet : c’est le cas de la catachrèse concernant l’AFM ou celle portant sur l’exportation de statistiques appliquées au domaine boursier. Il est évident que pour certaines catachrèses (par exemple, le cas de l’AFM), les résultats produits dans un premier temps, sont entachés d’une certaine incertitude, et engendrent une flexibilité interprétative13 que le chercheur va s’employer à réduire en ayant recours à d’autres instruments et aux modèles théoriques dont il dispose.

Vers une philosophie de l’expérimentation

30En considérant les phénomènes que nous venons de décrire, on s’aperçoit que les interactions entre humains, dispositifs techniques et théories sont extrêmement complexes dans le cadre des recherches expérimentales. Elles ne se laissent pas facilement dépeindre en termes d’un processus qui irait tout naturellement de la théorie, de règles entièrement explicitables en principe, vers la conception de dispositifs techniques – les résultats et les problèmes posés par ces derniers étant intégralement justifiés ou résolus par le recours à ces règles.

31Les dispositifs techniques ne peuvent donc, en aucun cas, être considérés comme de simples boîtes noires qui permettraient aux chercheurs, après avoir émis un certain nombre d’hypothèses, d’apporter des réponses simples à leurs questions initiales. Les dispositifs techniques sont en constante interaction avec, d’une part, les êtres humains qui les façonnent et les font fonctionner, et d’autre part, les théories sur lesquelles ils reposent et qui parfois président à leurs modifications. Même si l’épistémologie classique a tendance à les rejeter dans l’ombre, ils jouent un rôle primordial dans le travail scientifique et l’établissement d’une conclusion au sein d’une publication.

32Ce rôle essentiel n’est pas nouveau. Par exemple, dès le xviie siècle, les instruments ont tenu une place essentielle dans le processus probatoire. S. Schaffer (1989) montre comme le prisme a joué un rôle central dans l’établissement d’un consensus relatif à la théorie des couleurs de Newton. Mais en tant qu’instrument, le prisme ne s’est pas imposé d’emblée au sein de la communauté scientifique. Les différents protagonistes qui se sont opposés à cette occasion sur la conception même de ce type d’instrument : savoirs théoriques et savoir-faire manuels ont été convoqués dans l’élaboration de prismes performants, occasionnant de multiples disputes entre les protagonistes sur la manière de concevoir théoriquement cet instrument et sur les manières de le réaliser concrètement. Le problème étant que seuls les prismes confectionnés par Newton lui-même semblaient parvenir à décomposer la lumière de manière adéquate. Pendant près de quarante ans, le prisme ne fut donc pas considéré comme un instrument « transparent » bien qu’indispensable pour réaliser des expériences relatives à la décomposition de la lumière.

33Si un philosophe des sciences tente de comprendre comment s’élaborent des connaissances dans le domaine des sciences expérimentales, il ne peut se passer d’une étude des pratiques effectives en cours dans les laboratoires, sous peine de mutiler son étude d’une part essentielle. Il devra donc s’inspirer d’une méthodologie propre à un domaine qu’il considère en général avec beaucoup de suspicion : les études de laboratoire. Il nous semble que de telles études pourraient renouveler de manière significative la réflexion philosophique sur l’expérimentation qui a du mal, en France, mais également au sein de la
communauté philosophique internationale à sortir pleinement de l’œuf.

34En effet, comparativement à l’étude des concepts et des théories, l’expérimentation demeure un domaine d’investigation relativement peu exploré en philosophie des sciences. La publication de Concevoir et Expérimenter de Ian Hacking en 1983, a suscité un certain espoir quant à un développement des études portant sur cette dimension. Cet espoir est manifeste dans les propos de I. Hacking lui-même qui affirmait, à propos du titre d’un ouvrage d’A. Franklin, The Neglect of Experiment (1986) :

  • 14  Cette citation est issue d’un article de Ian Hacking intitulé « Philosophers of experiment » qui a (...)

He did not mean to imply that scientists were neglecting experiments, spinning well financed cobwebs of theories while laboratories decayed for lack of funds. He meant that historians and philosophers neglected the experimental side of science. That was true, and is no longer so. Although his title was fine when he was writing, the times have passed it by. (1988, p. 147)14

35Mais comme le souligne H. Radder (2003) une vingtaine d’années plus tard, dans sa préface à un ouvrage intitulé The Philosophy of Scientific Experimentation, l’espoir en question a finalement été déçu : « To verify this, it is enough to glance through the recent volumes of well-known journals, such as Philosophy of Science, British Journal of Philosophy of Science, Erkenntnis, and the like. Alternatively, one may look at recent anthologies, which could be supposed to represent the core readings in present-day philosophy. For example, the six-volume set of collected papers in philosophy of science (Sklar, 2000) contains no contributions that focus on experimentation. » (p. 1). H. Radder souligne que cette remarque n’est pas applicable en revanche aux travaux d’histoire et de sociologie des sciences : « […] a strong contrast can be seen between philosophical and historical or social scientific studies of science. This contrast marks the second feature of the present state of the philosophy of scientific experimentation. A brief perusal of recent volumes of leading science studies journals confirms the claim. Studies in History and Philosophy of Science and Social Studies of Science, for example, offer many detailed historical and social scientific articles on experimental practice. » (2003, p. 1-2).

36Ce que l’on peut souhaiter, c’est donc une alliance entre disciplines (philosophie, sociologie, histoire) afin de traiter de l’expérimentation, en vue de comprendre comment, placés dans des contextes où l’incertitude domine, les chercheurs parviennent à produire des connaissances, en construisant des ajustements robustes entre théories, modèles, instruments, expérimentations, savoir-faire et croyances.

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Bibliographie

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Notes

1  Les notions de paradigme et de « science normale » ont été développées par T. S. Kuhn dans La structure des révolutions scientifiques (1962/1983) et réélaborées tout au long de son œuvre (sur ce point, voir notamment T. S. Kuhn, 1997). Kuhn montre comment l’enseignement des sciences à une époque donnée contribue à la constitution d’un paradigme : en définissant pour les étudiants les contenus de savoir à acquérir et surtout en déterminant l’espace des problèmes scientifiques susceptibles d’être résolus au sein du paradigme. De cette façon sont instaurés à la fois l’arrière-plan théorique et le champ des pratiques légitimes, pour des générations de chercheurs travaillant au sein d’une discipline scientifique donnée.

2  L’expression « boîte noire » est employée ici au sens que lui confère la sociologie des sciences : un instrument (mais aussi un concept, une théorie, une démarche expérimentale, un procédé de calcul) fonctionne comme une boîte noire lorsqu’il n’y a plus aucune interrogation quant à sa fabrication et à son fonctionnement dans des conditions déterminées.

3  Celle-ci l’a elle-même emprunté à la linguistique. En effet, le terme « catachrèse » désigne originellement un type d’opérations langagières. « On parle de catachrèse lorsqu’on manque de vocabulaire pour dénoter certaines notions. Ainsi dira-t-on un “bras” de fauteuil ou une “bretelle”d’autoroute. » (Y. Clot, 1997, p. 113).

4  Y. Clot, 1997, p. 114 ; P. Rabardel, 1995, p. 123.

5  Nous renvoyons le lecteur au chapitre consacré à l’instrumentation en physique des matériaux de l’ouvrage rédigé par J.-P. Deville et A. Cornet (1998, p. 166-167). Les auteurs présentent vingt-sept appareillages différents.

6  Cette expression a été déclinée sous des formes diverses tout au long de l’œuvre de G. Bachelard : « un théorème réifié » (1933, p. 140), « des théories matérialisées » (1934, p. 16), « une théorie réalisée, concrétisée » (1940, p. 26), etc. à quel titre pouvons-nous souscrire aux affirmations bachelardiennes ? Si on prend un instrument couramment utilisé en physique des matériaux, le microscope à effet tunnel (STM), on peut effectivement affirmer que le fonctionnement de ce type de microscope repose sur des éléments théoriques appartenant à la physique quantique, à savoir l’effet tunnel. Cela dit, on peut tout de même souligner qu’à l’occasion de l’invention de ce microscope par G. Binnig et H. Rohrer en 1981, les deux inventeurs étaient dans un premier temps incapables d’expliquer clairement le rôle de l’effet tunnel dans les premiers résultats obtenus. Ce manque de soubassement théorique suscita une courte, mais vive polémique sur la validité des premiers résultats. Le soubassement théorique complet a été apporté non par les inventeurs du microscope à effet tunnel, mais par une autre équipe de chercheurs en 1984. C’est donc depuis cette année-là que l’on peut considérer le STM comme une « théorie réifiée ». (Pour plus de précision sur l’invention du STM et la controverse qui s’ensuivit : Allamel-Raffin, 2005). Prenant, pour point de départ de sa réflexion, un exemple encore plus net de conception d’un instrument sans recours aux principes théoriques qui expliquent son fonctionnement, D. Baird (2003, p. 39) affirme : « Yet in many instances, instrument development has preceeded theory development. We may know that an instrument works, we may know how to develop, refine, and use it. But we may have either an erroneous understanding or no theoretical understanding of it. Here is a prima facie argument for thing knowledge based on the common enough autonomy of its development. » L’exemple pris par D. Baird est le moteur rotatif créé par Davenport en 1837, fonctionnant en vertu des principes de l’électromagnétisme. Davenport réussit à construire et à faire fonctionner son moteur, en s’appuyant exclusivement sur ses propres connaissances pratiques relatives à l’emploi des fils électriques, du fer et du bois. On ne peut pas dire que le moteur rotatif de Davenport était à sa création une théorie réifiée… (Pour un autre exemple encore, à savoir le thermomètre, voir Y. Gingras, 2005, p. 31-32). Les différentes formulations de l’expression bachelardienne désignent bien une réalité observable de fait dans les sciences expérimentales. Parler de « théorie réifiée » permet en effet de mettre en relief la dialectique permanente entre théorie et expérimentation. Mais en extrayant l’expression de ses contextes déterminés dans l’œuvre de Bachelard et en l’employant comme si elle n’était pas elle-même matière à discussion, on risque de donner à penser qu’il y a toujours antériorité chronologique de la théorie sur l’instrument et peut-être même primauté ontologique. Comme nous avons essayé de le montrer au travers de ces quelques exemples, la réalité du travail expérimental, dès lors que l’on franchit les portes du laboratoire, se révèle autrement complexe.

7  Chaque agencement étant unique, et sa fiabilité étant en partie déterminée par les compétences et les habiletés du chercheur qui l’a conçu, les résultats obtenus grâce à lui ne sont pas reproductibles au sens strict du terme. De là découle en partie ce que nous appelons le « climat d’incertitude ». Mais à ce facteur qui relève de l’ordre de la conception d’un dispositif technique original, il faut en adjoindre d’autres : la qualité de l’échantillon étudié, échantillon dont la confection nécessite parfois trois semaines de travail ; les attentes et l’expérience préalable du microscopiste, etc.

8  Cette classification est une première ébauche d’un travail plus vaste, à venir. Les différentes classes, que nous proposons de distinguer sommairement, sont destinées à être affinées, amendées et complétées en fonction des critiques qui seront faites à leur propos.

9  L’analyse d’une cinquantaine de publications dans des revues scientifiques, produites par les chercheurs du GSI, permet d’affirmer que ces catachrèses courantes ne figurent jamais dans les textes visant à valider les connaissances produites au terme du processus expérimental. Et pourtant, ces catachrèses jouent un rôle extrêmement important dans la qualité des données produites. La seule manière de les acquérir est, aux dires des chercheurs du GSI, de séjourner dans d’autres laboratoires. L’apprentissage ici n’est pas du tout formalisé et se fait par immersion dans la sphère sociale restreinte où les pratiques catachrétiques sont développées (Allamel-Raffin, 2004).

10  Ce microscope a une résolution pouvant approcher le nanomètre. Il permet d’étudier tous types de matériaux, même ceux qui ne sont pas conducteurs. C’est l’effet de la proximité de la pointe du microscope et de l’échantillon qui est utilisé. On mesure une force. L’image, matérialisée sur un écran d’ordinateur, est obtenue par balayage de la pointe sur l’échantillon. Elle représente la topographie, la rugosité d’une surface donnée.

11  Dans les laboratoires de recherche contemporains, ce que l’on appelle expérimentation ne se cantonne pas à la création et à la manipulation d’entités matérielles. Il faut ajouter à cela notamment le recours aux images de synthèse. Les images de simulation en constituent un type, les images de modélisation un autre. Dans le cas de la simulation, la tâche de l’informaticien consiste à entrer sous forme de programmes toutes les données d’une expérimentation virtuelle dans l’ordinateur (caractéristiques et propriétés des matériaux étudiés, conditions de l’expérimentation, c’est-à-dire température, pression, etc.). L’objectif est de s’approcher le plus possible de ce que serait l’expérimentation réelle (à la différence de la modélisation où l’on ne retient que les théories validées à propos d’un objet d’étude donné, à l’exclusion des facteurs expérimentaux). Il y a plusieurs bonnes raisons de recourir à la simulation dans le cadre de la recherche expérimentale. 1) Elle peut avoir un rôle de vice-expérience : elle permet de créer artificiellement des conditions d’expérimentation que l’on ne pourrait obtenir que très difficilement ou pas du tout dans le cadre d’une expérimentation réelle, et elle offre ainsi aux scientifiques la possibilité de visualiser des états de la matière auxquels ils n’auraient pas accès autrement. 2) La simulation peut également être l’occasion de réaliser des images qui proposeront sous une forme épurée ce que les images résultant d’une expérimentation réelle ne montrent qu’avec des imperfections. Elles constituent alors un élément supplémentaire renforçant le faisceau d’éléments de preuves conçu par les chercheurs. Les images de simulation sont d’ailleurs souvent présentées côte à côte sur les posters ou dans les articles publiés.

12  Un autre exemple de catachrèse théorique est décrit dans A. Chalmers (2003) : R. Menter, en 1956, utilisa la théorie d’Abbe, qui était jusque-là en vigueur dans le domaine de la microscopie optique, et l’appliqua à la microscopie électronique.

13  La notion de « flexibilité interprétative » a été développée par le sociologue des sciences Harry M. Collins dans de nombreux articles et ouvrages. Ce que Collins cherche à désigner par là, c’est la marge de liberté induite dans l’interprétation des données par les traits idiosyncrasiques des chercheurs, par les difficultés inhérentes à l’usage des appareillages techniques, par l’impossibilité de reproduire à l’identique une expérience, par l’existence de savoirs tacites, par des effets de rhétorique ou d’autorité dans l’exposé de l’interprétation des résultats. Notons que les chercheurs parviennent à réduire considérablement cette flexibilité interprétative en recourant notamment à une multiplicité de procédures expérimentales et en établissant ce que nous avons déjà appelé plus haut, en note, un faisceau d’éléments de preuve convergents (voir sur ce point C. Allamel-Raffin, 2005).

14  Cette citation est issue d’un article de Ian Hacking intitulé « Philosophers of experiment » qui a paru en 1988 dans les Proceedings of the biennial meeting of the Philosophy of Science Association (Volume two : symposia and invited papers, p. 147-146). Cet article, inédit en français, est traduit dans ce même numéro de Tracés. Nous donnons ici la traduction du passage cité : « Il ne voulait pas dire par là que les scientifiques négligeaient les expériences (experiments), et élaboraient des théories complexes à grands renforts de subventions alors même que les laboratoires étaient à l’abandon faute de financement. Mais plutôt que les historiens et les philosophes négligeaient la dimension expérimentale des sciences. C’était vrai dans le passé, ça ne l’est plus aujourd’hui. Si le titre de l’ouvrage était approprié à l’époque ou Franklin écrivait, les temps ont bien changé.» (Ndlr)

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Table des illustrations

Légende Figure 1 : Une « manip » au GSI. (C. Boeglin, IPCMS-GSI)
URL http://traces.revues.org/docannexe/image/175/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 186k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Catherine Allamel-Raffin, « Instruments et bricolage en physique des matériaux : l’exemple des catachrèses », Tracés. Revue de Sciences humaines [En ligne], 9 | 2005, mis en ligne le 11 février 2008, consulté le 23 juin 2017. URL : http://traces.revues.org/175 ; DOI : 10.4000/traces.175

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Auteur

Catherine Allamel-Raffin

catherine.raffin@gersulp.u-strasbg.fr

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Droits d’auteur

© ENS Éditions

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