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Le monde à l’épreuve de l’imagination. Sur « l’expérimentation mentale »

François-Xavier Demoures et Éric Monnet
p. 37-51

Résumé

De l’expérimentation, on ne retient souvent que la dimension empirique de la science. Il s’agit ici d’envisager comment l’expérimentation ne peut se réduire à une démarche empirique, et de réaffirmer que la pensée joue en science un rôle fondamental. L’expérimentation peut être aussi mentale. à quels besoins répondent ces constructions abstraites ? L’expérimentation mentale est un concept proposé au début du xxe siècle par Mach. Elle est considérée comme une construction imaginaire et idéalisée, préalable à toute expérimentation emprique et non intervention sur le réel, comme l’entend Hacking. Cette notion permet de penser les fondements de la modélisation, outil essentiel pour les scientifiques, ainsi que les nouvelles formes de simulation par ordinateur. Notre point de vue est donc de réaffirmer que la science est une construction, mentale en particulier, une certaine forme de représentation du réel, qui s’appuie sur des observations, sur des besoins, et sa valeur d’explication ne peut être perçue que si l’on prend en compte les usages et les contextes dans lesquels s’inscrit chaque découverte, chaque élaboration théorique, ainsi que les jeux de langage qui sont ses modes d’expression.

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Texte intégral

C’est ainsi que les recherches physiques d’Aristote sont, en grande partie, des expérimentations mentales, dans lesquelles sont mis en valeur des trésors d’expérience conservés par le souvenir et surtout par le langage
E. Mach, La Connaissance et l’Erreur, XI.

Le langage est un labyrinthe de chemins.
Tu arrives à un tel endroit par un certain côté, et tu t’y reconnais ;
tu arrives au même endroit par un autre côté et tu ne t’y reconnais plus.
L. Wittgenstein, Recherches Philosophiques, § 203.

  • 1  Hacking évoque leur collaboration au début de : I. Hacking, Concevoir et Expérimenter, Paris, C. B (...)
  • 2  Même si sur ce point beaucoup reste encore à faire, cf. l’article de Catherine Allamel-Raffin dans (...)
  • 3  On trouvera de nombreuses contributions sur cette question dans : M. S. Morgan and M. Morrison (éd (...)

1Le début des années 1980 est marqué par la publication de deux ouvrages fondateurs en philosophie des sciences, élaborés dans un même esprit qui rompent avec une analyse des théories en termes de vérité et d’objectivité, et insistent sur la pratique scientifique en tant que construction. I. Hacking, dans Representing and Intervening, met en valeur la pratique expérimentale de laboratoire pour défendre une conception réaliste de la science, tandis que N. Cartwright développe une critique acerbe de la vérité en physique, en montrant, dans How the Laws of Physics Lie, comment les lois et les modèles sont de pures constructions adaptées à des cas précis1. à la suite de la parution de ces deux ouvrages, une importante littérature s’est développée. Deux orientations s’en dégagent : la revalorisation du  rôle de l’expérimentation matérielle2, et la mise en valeur des modèles en tant qu’éléments construits et moteurs de la dynamique scientifique3.

2Ces deux livres ont sans aucun doute réussi, par leur influence, à débarrasser l’épistémologie de bon nombre de présupposés essentialistes et objectivistes. Mais une dissociation problématique demeure aujourd’hui.

3Alors même que l’analyse des modèles revalorise leur potentiel d’innovation, tout en critiquant leur prétention à l’universalité, elle confine le terme d’expérimentation aux développements de Ian Hacking sur les travaux de laboratoires. Autrement dit, la question d’une expérimentation non matérielle est évoquée mais non véritablement assumée. Peut-on attribuer aux modèles et à d’autres constructions scientifiques abstraites un pouvoir expérimental ?

4S’intéresser à l’abstraction ne signifie en aucun cas déterminer les conditions a priori de l’expérience  à l’œuvre dans un raisonnement hypothético-déductif. Il faut au contraire envisager la façon dont l’expérimentation non-matérielle opère au sein de la pratique scientifique. À quels besoins répondent ces constructions abstraites ? Quels usages les scientifiques en font-ils ? Comment s’inscrivent-elles dans des contextes sociaux et linguistiques ?

5Nous trouverons chez le physicien et épistémologue Ernst Mach un solide point d’appui pour évaluer ce type d’expérimentation qu’il qualifie de « mentale », en opposition aux « expérimentations physiques ». Puis nous tenterons de cerner le potentiel expérimental de la modélisation et de la simulation, tout en questionnant la légitimité de l’emploi de cette notion.

Puissance(s) de l’imagination

6La notion d’expérimentation mentale ou imaginaire (Gedankenexperiment) est véritablement introduite par Ernst Mach dans son ouvrage La Connaissance et l’Erreur en 1905. « L’expérimentation mentale » est le titre du chapitre 11 de la traduction française de La Connaissance et l’Erreur de Marcel Dufour (1908). Mach est un physicien autrichien, successivement titulaire de la chaire de physique expérimentale puis de celle de philosophie et histoire des sciences inductives de Vienne, qui a, entre autres, considérablement influencé Einstein et l’École de Vienne.

  • 4  E. Mach, La Connaissance et L’Erreur, Paris, Flammarion, 1908, trad. M. Dufour, p. 222.
  • 5  Ibid, p. 199.

7Mach différencie nettement expérience (Erfahrung) et expérimentation (Experiment), en ce sens que la seconde a un caractère systématique et construit. L’expérimentation mentale (Gedankenexperiment) est considérée comme possible en tant que construction imaginaire et idéalisée, et non intervention sur le réel. Elle ne n’a de sens que dans la dynamique scientifique générale où Mach la place : entre l’expérience et l’expérimentation physique. L’expérience est un préalable à toute expérimentation. Elle prend chez Mach un sens très large identifiable à tout rapport au réel, accumulation de connaissances par les sens ou la mémoire. « Toutes nos idées viennent des expériences antérieures et peuvent se modifier par des expériences à venir. »4 Cette expérience très humienne n’a rien d’exclusivement scientifique. L’expérimentation physique, quant à elle propre aux sciences, requiert également l’expérimentation mentale : « L’expérimentation mentale est aussi une condition préalable nécessaire de l’expérimentation physique ; tout expérimentateur, tout inventeur doit avoir en tête son dispositif avant de le réaliser matériellement. »5

8L’expérimentation mentale s’inscrit donc d’emblée hors d’un dualisme radical selon lequel la théorie et la démarche empirique (une connaissance a priori et une connaissance a posteriori) seraient totalement distinctes ; elle ne vise pas à formuler une théorie claire capable de comprendre les structures du monde mais permet d’étudier le mouvement du savoir scientifique. Ainsi, lorsque Mach parle d’idéalisation à propos de l’expérimentation mentale, il ne faut pas y voir une correspondance avec la réminiscence platonicienne ou avec toute autre réification des entités idéales, mais bien plutôt une faculté qui permet à l’homme de science de construire des raisonnements débarrassés des contraintes du réel.

  • 6  Il faut noter à quel point Mach lie expérimentation mentale et expérimentation physique de manière (...)
  • 7 Ibid., p. 200.

9La nécessité du recours à l’expérimentation mentale par le scientifique tient au fait que le réel est trop complexe et pas assez malléable pour réaliser toutes les expérimentations matérielles nécessaires à la compréhension des mécanismes physiques6. L’imagination entre alors en jeu pour mettre en place mentalement un dispositif expérimental qui schématise les connaissances acquises (par les sens, ou transmises dans la communauté scientifique...) et permet de faire apparaître les mécanismes en jouant avec les variations : « La pensée du physicien est souvent moins complète que l’expérience qu’elle schématise. […] Il s’agit ici d’un procédé d’épuration logique et économique pour étudier le contenu des expériences mis sous forme de pensées. […] Nous y arrivons en imaginant mentalement la variation des faits. »7

  • 8  E. Mach, op. cit., p. 211.

10L’argumentation de Mach repose sur l’attribution d’un caractère expérimental à tout raisonnement logique déductif. La déduction chez Mach ne fonctionne pas de manière fermée mais ouvre vers l’inconnu. « En réalité, il n’y a pas d’abîme entre l’expérimentation et la déduction, il s’agit toujours d’adapter des pensées aux faits, et des pensées les unes aux autres. »8 Un raisonnement abstrait et logique n’est pas si différent d’une expérimentation matérielle ou physique en laboratoire. Il est construit, schématise des connaissances préalables, consiste en une variation de paramètres et une mise à l’épreuve d’affirmations théoriques.

  • 9  Ceci est lié à la critique de l’induction chez Mach, et à la revalorisation du raisonnement abstra (...)
  • 10  L’aspect construit et déductif affirmé par Mach, est contestable mais selon nous très important po (...)
  • 11  Cité in I. Hacking, PSA. On peut comme Hacking, reposer ce problème à partir de l’épisode de l’esc (...)

11Cette dynamique logique fonctionne de manière ouverte et construite, donnant au raisonnement son caractère expérimental9. Les deux caractéristiques de l’expérimentation : une construction et une ouverture vers l’inconnu sont bien compatibles chez Mach10. En donnant un pouvoir expérimental à la déduction, en ne réduisant pas le raisonnement abstrait à une synthèse des données sensibles et à un jeu entre connaissance a priori et a posteriori, l’auteur de La Connaissance et L’Erreur répond par avance à la question cruciale que posera Kuhn : « Comment, puisqu’elle repose uniquement sur des données familières, une « expérience de pensée » peut elle conduire à une nouvelle connaissance ou une nouvelle compréhension de la nature ? »11

  • 12  Nous remercions A. Feneuil et P. Saint-Germier d’avoir attiré notre attention sur cette question v (...)

12Sur ce point, nous ne pouvons pas ne pas évoquer toute la littérature qui s’est développée à la suite de Mach jusqu’à provoquer un véritable renouveau de ces questions dans la philosophie anglo-saxonne depuis le milieu des années 1980. Les Anglo-Saxons parlent de « thought experiment », traduit souvent par « expérience de pensée », ce qui rejoint en partie les termes de Koyré (« expérience imaginaire ») mais relègue au second plan la dimension expérimentale voulue par Mach avec le terme de « Gedankenexperiment ». Il est impossible de faire ici une revue complète de ces débats dans le but d’évaluer le rapport exact des écrits récents sur les « thought experiments » aux thèses du penseur autrichien. Il nous semble cependant que ces réflexions sont parfois très proches de la pensée de Mach, surtout lorsqu’elles replacent – comme Gooding (et à la différence de Koyré notamment) – les « thought experiments » dans une dynamique générale de la construction de la science, et qu’elles se refusent à isoler ces dernières de l’expérience en général (knowledge) et des expérimentations physiques (real experiments)12.

  • 13  Et nous maintiendrons le terme d’« expérimentation mentale » dans la suite de notre propos.

13Nous ne voudrions pas cependant quitter l’objet de notre argumentation qui est d’évaluer le caractère expérimental des constructions non-matérielles en science. Nous ferons donc exclusivement référence à ces auteurs lorsque leurs développements permettent de faire le lien entre expérimentation mentale, modèle et simulation, et lorsqu’ils se situent directement dans l’esprit de Mach13.

De l’expérimentation mentale à la modélisation

  • 14  Koyré, Études d’Histoire de la Pensée Scientifique, Paris, Gallimard, 1985, p. 225.

14L’expérimentation mentale consiste donc en une « épuration » des connaissances, une construction mentale et une activation de cette construction. Elle se fonde ainsi sur le pouvoir de l’abstraction et de l’imagination. Commentant Mach, Koyré précise : « Entre la donnée empirique et l’objet théorique, il reste, et il restera toujours, une distance impossible à franchir. C’est là que l’imagination entre en scène. Allègrement, elle supprime l’écart. Elle ne s’embarrasse pas des limitations que nous impose le réel. Elle « réalise » l’idéal et même l’impossible. Elle opère avec des objets théoriquement parfaits, et ce sont ces objets-là que l’expérience imaginaire met en jeu. »14

15« Galilée, explique Mach, est un maître dans cette sorte d’expérimentation mentale. » Elle s’exprime, par exemple, à travers une démonstration par l’absurde, comme ce fut le cas à propos du concept de vitesse. Dans un système aristotélicien, celle-ci équivalait, en résumé, au rapport entre la force et la longueur. Une boule doit de fait aller plus vite si elle est plus lourde et si elle parcourt plus de chemin. Les corps graves tombent nécessairement vers le bas, tandis que les corps légers s’élèvent vers le haut. Dès lors, si l’on attache une boule plus légère à la boule la plus lourde, elle devrait ralentir la vitesse de la chute. Par le biais de cette expérimentation mentale, Galilée démontre les limites du schème aristotélicien et ajoute le facteur temps, qui devient fondamental pour expliquer la vitesse. Celle-ci est désormais proportionnelle à la durée de la chute. Tout cela sans réelle expérimentation physique.

  • 15  Nous nous contenterons ici d’entendre par modélisation la construction de modèles en sciences. Not (...)
  • 16  Sur ces caractéristiques des modèles mathématiques abstraits et les raisons épistémologiques de si (...)

16Cette procédure présente une construction semblable à la modélisation15. Par l’épuration des connaissances, tout d’abord, en vue d’une construction simplifiée. Elle conduit à des hypothèses de départ restrictives ou irréelles et assumées comme telles. Ceci implique une relativité des buts du modèle qui peuvent le rendre incompatible avec d’autres raisonnements adaptés à la même situation16. Ensuite, par la mise en œuvre de cette structure abstraite en procédant à des variations. Il ne s’agit pas d’un test empirique, mais d’une simulation qui peut être mentale ou informatique (visuelle).

  • 17  Cf. H. Sinacœur, « Modèles », in D. Lecourt, Dictionnaire d’Histoire et Philosophie des Sciences, (...)
  • 18  E. Mach, op. cit., p. 204.

17À l’équivalence structurelle et procédurielle entre la modélisation et l’expérimentation mentale, peut s’ajouter une équivalence fonctionnelle. Dans les deux cas, il s’agit d’identifier des mécanismes et de les expliquer, d’interpréter17. Mach affirme ainsi que l’expérimentation porte sur les changements dans la nature qui sont identifiés par l’expérience. Le modélisateur va lui aussi tenter d’isoler et d’étudier ces changements, à l’aide de la construction du modèle et de la variation des paramètres. Il semble même indiquer que la procédure de l’expérimentation par la pensée dépend directement de cette fonction, de ce but : « On peut par la pensée faire décroître, et finalement supprimer, un ou plusieurs éléments ayant sur un fait une influence quantitative, de façon à ce que les autres circonstances agissent seules. »18

  • 19  N. J. Nersessian, « In the Theoretician’s Laboratory : Thought Experimenting as Mental Modeling », (...)

18Ces similitudes entre les propriétés des modèles et l’expérimentation mentale de Mach expliquent sans doute les rapprochements plus ou moins explicites réalisés entre les deux par certains penseurs. N. Nersessian19 raisonne clairement ainsi en identifiant « thought experiment » et « mental modeling » (ou plus exactement « simulative model-based reasoning »). Même si elle emploie la notion de « thought experiment » (expérience de pensée) dans un sens assez différent de Mach, elle se situe tout de même dans la filiation de ce dernier et emploi le concept de modèle mental pour étudier les propriétés d’une expérience de pensée.

19D’autre part, de nombreuses analyses des modèles insistent sur la dimension fictionnelle et imaginaire de ceux-ci, qui les rapproche de l’abstraction réalisée par la pensée. Nous voudrions suivre cette dernière voie pour développer plus particulièrement la dimension expérimentale des modèles.

  • 20  N. Cartwright, The Dappled World, Cambridge, 1999.
  • 21  H. Sinacœur, op. cit.
  • 22  Nous éludons ici deux problèmes posés par l’analyse de modèles qui auraient leur place dans l’éval (...)

20Les définitions du modèle sont nombreuses, mais les analyses portant sur sa fonction sont plus unifiées. N. Cartwright20 montre comment un modèle fonctionne toujours comme une fable, c’est-à-dire qu’il transforme ce qui est abstrait en quelque chose de concret. Ainsi une fable peut donner à voir, c’est-à-dire concrétiser un principe moral, et un modèle rend concret des mécanismes (physiques, biologiques, économiques…) abstraits. C’est donc une construction à partir d’éléments abstraits qui recourt à l’imagination et devient une mise à l’épreuve de ces éléments abstraits. Ainsi, le modèle n’est pas seulement une synthèse abstraite, mais aussi une ouverture sur ce qui n’est pas encore saisi par la pensée. Il est « à la fois la concrétisation opérationnelle d’analogies constatées ou supposées entre des domaines distincts et le terreau expérimental sur lequel peuvent naître de nouvelles analogies »21. Tout comme l’expérimentation mentale de Mach, le modèle procède par simplification de la réalité et idéalisation mais ne peut se réduire à cette modalité. Loin de n’être qu’une construction simplifiée, la modélisation va également acquérir une fonction de prospection vers l’inconnu22.

  • 23  Pierre Duhem, La théorie physique – son objet, sa structure, Paris, Gauthier Villars, 1914, rééd. (...)

21Les physiciens, à l’instar de Duhem se sont longtemps méfiés des modèles, confondus à l’origine avec la simulation. Plus exactement, le modèle se présentait, jusqu’à la fin du xixe siècle, comme une matérialisation d’une image mentale ; il tentait de rendre compte par une machine du mécanisme de la nature23.

  • 24  Ludwig Boltzmann, Über die Grundprinzipien und Grundgleichungen der Mechanik, Clarck University, 1 (...)

22Galilée et ses plans inclinés, Lord Kelvin et ses machines cherchèrent tous deux à comprendre la notion de mouvement en refusant à la fois de se limiter aux données phénoménales de l’expérience et à leur mise en ordre théorique. Comprendre un système physique, c’est reproduire son mécanisme. Ce qui suppose, au préalable, une construction mentale ; cette construction peut être alors une image, c’est-à-dire une représentation du comportement supposé de la matière, ou une analogie, conçue comme l’application d’un mode de résolution à une situation autre que celle pour laquelle il avait été prévu. C’est ainsi que la définition de modèle s’est élargie philosophiquement à un processus de mise en ordre de la pensée. Des chercheurs comme Boltzmann s’en font largement l’écho dans leurs travaux philosophiques : pour lui, toute théorie est image, « Bild » au sens large du terme, et la méthode déductive semble être pour lui la plus aboutie. « Elle consiste, en nous souvenant de notre tâche de ne construire que de simples images mentales, à opérer exclusivement dès l’origine à l’aide d’abstractions. [...] Nous nous efforçons uniquement de développer nos Gedankenbilder de la façon la plus claire et d’en tirer toutes les conséquences possibles. Ce n’est qu’ensuite, après avoir achevé l’exposition de l’image, que nous en vérifierons l’accord avec les faits ; nous ne justifions donc qu’après coup les raisons qui nous avaient fait choisir l’image précisément ainsi et non autrement, et sur lesquelles nous n’avions donné auparavant aucune indication… »24

23Boltzmann l’utilisera à maintes reprises : les atomes, à ces yeux, sont de l’ordre d’une « Gedenkenbilder ». Et curieusement, Mach lui reprochera d’en faire l’usage, bloquant en partie la légitimité de son usage. En se privant de fait de l’expérimentation mentale, la physique, et plus largement la science, perdrait toute une capacité à prospecter, pourtant essentielle. Pour Boltzmann, l’image déterminante dans la recherche, c’est l’atome, et son attachement à lui permettra au physicien de jeter les bases de la mécanique statistique. Un peu avant, Maxwell a défini l’analogie comme « cette ressemblance partielle entre les lois d’une science et les lois d’une autre science qui fait que l’une des deux sciences peut servir à illustrer l’autre. » L’analogie viendra plus tard compléter la notion de modèle en accompagnant la simulation, faisant naître, de fait, une notion complexe qui rend compte au mieux de cette pratique d’expérimentation mentale qui donne l’impulsion à l’élaboration d’une théorie.

Rhétorique de la Science et Contextes de la Modélisation

24La modélisation appartient donc à la face non-matérielle de la science. La pensée fonctionne-t-elle comme les modèles ? Les modèles se construisent-ils de la même façon que nos raisonnements mentaux ? Il serait délicat de procéder à une identification des deux. Mais un rapprochement, voire même une superposition, est pourtant apparu lors de l’analyse de la procédure et de la fonction de l’expérimentation mentale et des modèles, qui tend à donner à ces derniers leur dimension expérimentale.

25L’éloge de la puissance de la faculté imaginative et de sa dimension prospective ne doit pas pour autant nous amener à isoler celle-ci de l’expérience en général et du contexte dans lequel elle émerge. Mach insiste sur le fait que l’expérimentation mentale ne peut entrer en jeu que grâce à une solide expérience qui permet au scientifique de se poser les questions primordiales à sa réflexion : « Quelles circonstances déterminent un certain résultat ? Quelles circonstances sont dépendantes ou indépendantes les unes des autres ? » L’expérimentation mentale émerge d’une rencontre avec le monde physique mais aussi avec le monde social puisqu’elle répond à un besoin précis de la communauté scientifique à un moment précis. Un important savoir et un grand nombre de questionnements préalables sont donc nécessaires à sa mise en œuvre.

  • 25  D. Gooding, « What is experimental about Thought Experiments ? », PSA : Proceedings of the Biennia (...)
  • 26  A. Barberousse, P. Ludwig, « Les modèles comme fictions », in Philosophie, n° 68 (2000), p. 20.
  • 27  Cf. Gooding, op. cit. Sur la mise en récit, on peut notamment penser à l’exemple du train donné pa (...)

26Pour Gooding25, et contrairement à Koyré, la fabuleuse utilisation de l’expérimentation mentale par Galilée ne révèle pas la supériorité de cette méthode sur les autres, mais bien plutôt le fait que la faculté imaginative ne peut s’organiser et devenir expérimentation que grâce à une intense expérience du monde réel, grâce à l’incarnation (embodiement) du chercheur dans le monde. Toute production scientifique, même non-matérielle, émerge et ne prend sens que dans le rapport d’un « sujet » au contexte. Dans leurs réflexions sur la modélisation, Barberousse et Ludwig semblent bien rejoindre Gooding dans un point de vue « compatible avec la phénoménologie de l’imagination », lorsqu’ils affirment qu’un contexte est organisé autour d’un sujet possible, que « l’on imagine toujours les contenus fictionnels à partir d’un point de vue subjectif, qui se trouve être parfois le point de vue d’un des personnages du récit. [...] Un interprète participe toujours au monde de la fiction qu’il imagine, au sens où il imagine les faits vrais dans un tel monde à partir d’un tel point de vue. »26 Ainsi, on peut revaloriser la mise en récit27 et la dimension subjective qui accompagne l’expérimentation mentale et la modélisation, tout en insistant sur la nécessité du contexte.

  • 28  Ces termes renvoient respectivement aux écrits de T. Kuhn, P. Bourdieu, E. Fox Keller.
  • 29  N. Cartwright, op. cit., p. 46 : « We can improve these concepts, refine the structure, turn them (...)

27Cette incarnation des acteurs dans le monde doit bien être comprise comme la condition de possibilité de l’expérimentation mentale, ce qui élimine d’emblée la perspective d’une science totalement objective et désincarnée. Un scientifique s’inscrit dans un paradigme, un champ, une culture épistémologiques28, et ses théories ne peuvent être évaluées qu’en fonction des besoins qui en émergent. Une sociologie et une histoire de l’expérimentation mentale sont ainsi possibles. Sur cette question, il n’est jamais superflu de préciser quelques points qui peuvent paraître triviaux, mais qui sont trop souvent limités aux analyses de pratique de laboratoire. N. Cartwright insiste ainsi sur le fait que les structures et concepts que les scientifiques utilisent pour décrire le monde sont obligatoirement issus et dérivés des concepts et idées qu’ils trouvent autour d’eux : « On peut améliorer ces concepts, en affiner la structure, les tourner et les retourner dans tous les sens, nous pourrions même rompre avec eux. Mais la source sera toujours les livres humains et non le Grand Livre de la Nature. Ce à quoi nous aboutissons à travers ce processus dépend d’une construction absolument humaine et sociale, et n’est pas une réplique des véritables lois que Dieu a écrite. »29

  • 30  A. Barberousse, P. Ludwig, op. cit., p. 19.
  • 31  Wittgenstein, Recherches Philosophiques, § 202, Paris, Gallimard, 2005, trad. F. Dastur et al.

28Que l’expérimentation mentale naisse et s’exprime dans un contexte précis pose également le problème du langage. Un problème ne peut être conçu indépendamment du langage dans lequel il est formulé, et « la signification de certains concepts dépend du contexte dans lequel ces concepts sont employés. »30 Dans ses Recherches Philosophiques, Wittgenstein analyse l’illusion tant d’un langage logiquement parfait que d’un langage privé (langage logiquement impossible à comprendre pour quelqu’un d’autre). Le langage dans lequel se formule l’expérimentation mentale n’est pas un langage parfait entièrement adapté au problème par le scientifique ; sinon il n’y aurait pas de problème. Toute expérimentation mentale s’inscrit dans un jeu de langage et est soumise à des règles dont le chercheur n’a, par nature, pas conscience : « C’est donc que suivre la règle est une pratique. Croire que l’on suit la règle n’est pas la suivre. C’est donc aussi qu’on ne peut pas suivre la règle privatim ;sinon croire que l’on suit la règle serait la même chose que la suivre. »31 Les concepts, les métaphores, la syntaxe ne peuvent être étudiés et compris indépendamment du type de langage qui est leur berceau, même lorsqu’ils participent à des constructions abstraites et formalisées.

29Analyser le rôle du contexte social et linguistique des modèles nécessite de façon primordiale d’abandonner la conception selon laquelle une fiction exprimerait essentiellement une proposition fausse par rapport à une vérité supposée, et que le contexte ne serait qu’un obstacle pour atteindre cette vérité. Une conception essentialiste et objectiviste de la science ne peut, par nature, que considérer le langage et les enjeux sociaux comme facteurs d’imprécision et fauteurs de trouble vis-à-vis d’une vérité que la science serait chargée de faire émerger. Nous voulons au contraire montrer que l’aspect ambigu du langage et la dimension fabulatoire et fictionnelle des modèles et de la simulation sont indispensables pour la dynamique de la science, et assurent une perspective expérimentale.

30L’ambiguïté de la fonction et de l’usage du langage dans l’expérimentation mentale peut particulièrement être illustrée par l’utilisation de métaphores dans les modèles.

31En biologie du développement, les métaphores d’information et de programme ont été abondamment employées dans les modèles. En 1961, Jacques Monod et François Jacob vont ainsi utiliser le concept de programme génétique, emprunté directement à la cybernétique, pour expliquer la régulation moléculaire. Le modèle de l’opéron va permettre de mieux comprendre l’activation et la structure des protéines et des enzymes, en utilisant cette métaphore du programme qui aide les deux chercheurs à concevoir comment l’information est codée et peut circuler dans l’organisme.

  • 32  E. Fox Keller, Expliquer la vie, Paris, PUF, 2005, trad. S. Schmidt, p. 159.

32Si cette métaphore fut indéniablement fructueuse, elle demeure éminemment critiquable du fait de son ambiguïté et de son imprécision. Selon E. Fox Keller, il serait pourtant inutile de la condamner au nom de son ambiguïté car c’est ce qui en fait la force même : « Je voudrais suggérer que le succès de la reformulation moléculaire reposait en grande partie sur de nouvelles sources d’ambiguïté qui étaient intrinsèquement liées à l’introduction de métaphores informatiques en génétique. »32

33L’expérimentation mentale et la métaphore ne se rencontrent pas par hasard, mais parce que leurs natures se lient en deux points. Le premier résulte directement de ce que nous avons déjà précisé sur le rapport entre le langage et la faculté imaginative : tout problème et tout modèle s’inscrivent dans un jeu de langage sans que le chercheur ait entièrement conscience des ambiguïtés des mots qu’il utilise.

34Le second résulte de la nature pratique et « expérimentale » de la métaphore, et permet ainsi de différencier l’expérimentation mentale d’une autre réflexion mentale plus générale. L’expérimentation est une organisation raisonnée des éléments connus en vue d’une recherche vers l’inconnu ; un assemblage systématique en vue d’un dévoilement. Davidson montre comment la métaphore assume également cette fonction. Une métaphore n’a pas de signification littérale et de signification figurée claires et distinctes ; sinon il serait possible de paraphraser les métaphores pour énoncer leur signification figurée.

  • 33  R. Rorty, Objectivisme, relativisme et vérité, Paris, PUF, 1994, trad. J.-P. Cometti, p. 174.

35Si l’expérimentation mentale utilise à ce point les métaphores, c’est parce qu’elles opèrent à la limite du langage, qu’elles sont une voie vers l’insignifié : « Selon l’image de Quine, le royaume de la signification ne représente, dans la jungle de l’usage, qu’une modeste clairière dont les frontières sont constamment en extension, autant qu’en proie à toutes sortes d’empiètements. Dire comme Davidson, que la métaphore appartient exclusivement au domaine de l’usage, c’est simplement dire que, dans la mesure où (tant qu’elles sont vivantes) elles ne peuvent être paraphrasées, les métaphores tombent en dehors de la clairière. »33

  • 34  Le fait que la métaphore ne soit pas une ambiguïté au niveau du sens, n’empêche pas que son usage (...)
  • 35  Davidson, « Ce que les métaphores signifient » in Enquêtes sur la vérité et la signification, J. C (...)

36Autrement dit, il serait inutile d’analyser les métaphores dans les modèles en posant comme question : « Qu’est ce que cela signifie ? » Cette question resterait sans réponse du fait que la métaphore n’est pas une ambiguïté34, ne se résume pas à l’hésitation entre deux sens : « Si la métaphore impliquait l’existence d’une seconde signification, comme le fait l’ambiguïté, nous pourrions espérer parvenir à spécifier la signification spécifique d’un mot dans un environnement métaphorique en attendant que la métaphore meure. »35 Il n’y a pas de sens caché à trouver derrière une métaphore, il faut au contraire se poser les questions : quels effets produit-elle, à quoi sert-elle, dans le but de faire émerger un sens qui n’existe pas encore ?

37La modélisation, bien qu’elle soit non-matérielle, n’appartient pas moins au domaine de l’usage comme le montre le recours aux métaphores. Et son interprétation nécessite de s’attacher à son aspect pratique et construit, impliquant d’abandonner l’équivalence souvent admise entre modèles et métaphores pour étudier l’usage des secondes dans les premiers. En revalorisant le caractère expérimental de la science non-matérielle et les aléas de sa construction, on évite les écueils d’une substantialisation de la vérité scientifique pour insister sur les nombreux éléments qui font de la science un perpétuel « bricolage ».

Reel time, Real time

38L’expérimentation mentale n’est cependant pas condamnée à rester de l’ordre de l’abstrait : les métaphores sont certes des moyens de répondre à des besoins d’ordre théorique, et l’on fait appel à elles lorsqu’il faut signifier une réalité qui n’est pas autrement dicible, mais elles peuvent aussi se déployer dans la sphère du concret. C’est ici qu’intervient de façon plus pertinente aujourd’hui la simulation. Elle vient en quelque sorte donner chair à l’expérimentation mentale en la rendant visible. En d’autres termes, elle consiste à reconstruire le réel à des fins expérimentales. Jusque dans les années 1940, le terme de simulation était connoté négativement. Il évoquait fausseté, tromperie, feinte. Aujourd’hui, il renvoie à l’imitation, au sens positif du terme. La simulation se réalise informatiquement, elle désigne l’utilisation d’ordinateurs pour explorer des phénomènes pour lesquels on n’a formulé aucune équation ni aucune sorte de théorie générale, et pour lesquels on ne dispose que d’informations rudimentaires. L’informatique devient ainsi un vecteur de compréhension et de connaissance fondamentale en biologie moléculaire en ce qu’elle rend visible. La microscopie laser confocale à balayage (CLSM) rend visible, entre autres, sur un écran d’ordinateur, des échantillons qu’on ne peut pas voir à l’œil nu, en convertissant un signal analogique en signal numérique. La simulation permet ici de voir : la similitude formelle devient similitude visuelle. Mais elle permet aussi d’agir. C’est autour des automates cellulaires que la simulation est réellement novatrice.

39Les années 1980 ont connu une véritable explosion de cette pratique, notamment pour rendre compte de phénomènes physiques complexes. Les automates cellulaires sont des univers artificiels qui évoluent selon des règles d’interactions locales mais uniformes, auparavant spécifiées. Ces systèmes physiques simplifiés sont discrets et non continus. Ils fonctionnent comme des organismes et finissent par créer une réalité alternative : jusqu’à quel point un système que l’on peut expérimenter par la simulation est-il l’équivalent du comportement d’un système réel ?

40Tout cela introduit une véritable révolution épistémologique : cette simulation n’est rien d’autre qu’une reconstruction du réel qui a supposé au préalable modélisation et analogie. Or elle est bien souvent confondue avec le réel même. Pis : on ne peut faire la différence entre un échantillon mort et un échantillon vivant. Le temps de la bobine (reel time) vient se confondre avec le temps réel (real time). De fait, la pertinence et la légitimité de la simulation ne sont pas évidentes. Il s’agit donc d’avoir conscience de ces ambiguïtés et de ces limites. La spécificité de la simulation informatique réside avant tout dans le fait que le corps de l’organisme simulé est l’addition des bits qui le composent, c’est-à-dire que son corps est son matériel génétique. Ce rapprochement entre corps, programme et gènes est-il pertinent ? Toujours est-il que pour le moment, les organismes numériques n’évoluent pas comme les organismes vivants. Le véritable enjeu est en réalité la valeur d’explication qu’il faut accorder à la simulation. À nos yeux, l’expérimentation mentale contribue à lui en donner une, dans des bornes bien définies : en ce qu’elle est mobilisation par la pensée et mise en relation d’objets parfaits, délivrés des contraintes du réel, l’expérimentation mentale sert de « garantie épistémologique » à la simulation. La recherche scientifique suppose donc le détachement du réel ; mieux, l’épistémologie doit tenir compte de cette pratique scientifique qui repose en partie sur des besoins sans oublier de déterminer quelles sont ses bornes – et en partie celle du langage – et sa valeur d’explication.

41La science n’est donc pas, ne peut pas, ni ne doit être un simple compte-rendu des phénomènes. Le mode d’existence de l’expérimentation mentale – essentiellement comme intermédiaire entre théorie et pratique, pour reprendre les propos de Peter Galison – prouve bien au contraire que la science tâtonne, hésite, et doit être jugée sur sa cohérence bien plus que sur son exacte correspondance avec le réel. La science est une construction, mentale en particulier, une certaine forme de représentation du réel, qui s’appuie sur des observations, sur des besoins, et sa valeur d’explication ne peut être perçue que si l’on prend en compte les usages et les contextes dans lesquels s’inscrit chaque découverte, chaque élaboration théorique.

42De même que l’analyse de l’expérimentation physique ou « matérielle », l’étude de l’expérimentation mentale permet en partie de faire le lien entre tous ces éléments et de faire apparaître la dynamique construite et constructive de la science.

43La reconstruction qu’elle suppose nous oblige donc à prendre en compte la dimension rhétorique et sociale de la science, ainsi que ses procédés didactiques.

44L’objet du présent article, peut-être trop souvent allusif, a été d’envisager comment la notion d’« expérimentation mentale » de Mach pouvait donner un statut aux expérimentations non-matérielles que sont la modélisation et la simulation, et offrir ainsi une piste pour leur analyse. Il apparaît donc que modélisation et simulation ne peuvent être pensées indépendamment de leur contexte d’émergence et de la dynamique dans laquelle elles s’inscrivent, entre l’expérience et l’expérimentation physique. Ces deux modes du savoir scientifique ne peuvent, en effet, être seulement considérés comme des simplifications de la réalité, mais on doit s’intéresser à leur dimension expérimentale, leur prospection vers l’inconnu. Dans cette dimension, le contexte joue un rôle fondamental qui ne peut être considéré ni comme un a posteriori, ni comme un obstacle.

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Bibliographie

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Notes

1  Hacking évoque leur collaboration au début de : I. Hacking, Concevoir et Expérimenter, Paris, C. Bourgois, 1989.

2  Même si sur ce point beaucoup reste encore à faire, cf. l’article de Catherine Allamel-Raffin dans ce numéro.

3  On trouvera de nombreuses contributions sur cette question dans : M. S. Morgan and M. Morrison (éd.), Models as Mediators : Perspectives on Natural and Social Science, Cambridge University Press, 1999.

4  E. Mach, La Connaissance et L’Erreur, Paris, Flammarion, 1908, trad. M. Dufour, p. 222.

5  Ibid, p. 199.

6  Il faut noter à quel point Mach lie expérimentation mentale et expérimentation physique de manière pratique et non axiologique. C’est seulement en grande partie pour des raisons pratiques que l’expérimentation mentale doit parfois se substituer à l’expérimentation matérielle.

7 Ibid., p. 200.

8  E. Mach, op. cit., p. 211.

9  Ceci est lié à la critique de l’induction chez Mach, et à la revalorisation du raisonnement abstrait dans la dynamique du progrès scientifique : « Il est bien surprenant que la plupart des savants, qui se sont occupés des méthodes employées dans le recherche scientifique, désignent cependant l’induction comme la principale, tout comme si les sciences n’avaient d’autre tâche que de classer et rassembler des faits qui sont individuellement donnés. L’importance de cette tâche n’est certes pas contestable, mais elle n’absorbe pas complètement le travail du savant ; celui-ci doit avant tout trouver les caractères dont il faut tenir compte et leurs relations, tâche beaucoup plus difficile que de classer ce qui est déjà connu. Le nom de sciences inductives n’est donc pas justifié » (Cité in Feyerabend, Adieu la raison, Paris, Seuil, 1989, trad. B. Jurdant, p. 230).

10  L’aspect construit et déductif affirmé par Mach, est contestable mais selon nous très important pour éviter d’assimiler toute idéalisation ou fantaisie de l’esprit, même si elle prend place dans un raisonnement scientifique à une expérimentation mentale. Ainsi, il serait très problématique de donner un sens expérimental au « démon de Maxwel » Cf. les articles de N. Nersessian et I. Hacking in PSA : Proceedings of the Biennial Meeting of the Philosophy of Science Association. Vol. 1992, Volume Two: Symposia and Invited Papers (1992).

11  Cité in I. Hacking, PSA. On peut comme Hacking, reposer ce problème à partir de l’épisode de l’esclave dans le Ménon.

12  Nous remercions A. Feneuil et P. Saint-Germier d’avoir attiré notre attention sur cette question vaste et difficile. Une bonne partie de l’ambiguïté est due au langage. Pour une bibliographie complète sur l’expérimentation mentale et un état des débats : R. Sorensen, Thoughts Experiments, Oxford, 1992.

13  Et nous maintiendrons le terme d’« expérimentation mentale » dans la suite de notre propos.

14  Koyré, Études d’Histoire de la Pensée Scientifique, Paris, Gallimard, 1985, p. 225.

15  Nous nous contenterons ici d’entendre par modélisation la construction de modèles en sciences. Notre définition du modèle est ici très large et tente de prendre compte de l’extrême diversité de l’emploi de cette notion. Elle a ainsi une dimension principalement descriptive. On pourra trouver par exemple une telle définition, opposant la notion de modèle en science (de la nature et sociale) à celle employée en sémiotique, dans A. Barberousse, M. Kistler, P. Ludwig, La Philosophie des Sciences au xxe siècle, Flammarion, Paris, 2000 : « Le premier [sens] provient de la pratique des scientifiques eux-mêmes, qui désignent par « modèle » une représentation provisoire, dont l’accord avec les théories admises est imparfait, et qui est laborée dans un but prospectif ou dans le cadre de la mise à l’épreuve de certaines hypothèses, pour rendre possibles des calculs que les théories admises ne permettent pas d’effectuer » (p. 288).

16  Sur ces caractéristiques des modèles mathématiques abstraits et les raisons épistémologiques de simplification des hypothèses (problèmes théoriques et physiques). Cf. A. Morton, « Mathematical Models : Questions of Trustworthiness », British Journal of Philosophy of Science, 1993, n° 44.

17  Cf. H. Sinacœur, « Modèles », in D. Lecourt, Dictionnaire d’Histoire et Philosophie des Sciences, Paris, PUF, 2000.

18  E. Mach, op. cit., p. 204.

19  N. J. Nersessian, « In the Theoretician’s Laboratory : Thought Experimenting as Mental Modeling », PSA : Proceedings of the Biennial Meeting of the Philosophy of Science Association. Vol. 1992, Volume Two : Symposia and Invited Papers (1992), p. 291-301.

20  N. Cartwright, The Dappled World, Cambridge, 1999.

21  H. Sinacœur, op. cit.

22  Nous éludons ici deux problèmes posés par l’analyse de modèles qui auraient leur place dans l’évaluation de la dimension expérimentale des modèles et leur rapport à l’abstraction mentale. Tout d’abord le rapport entre théorie et modèle qu’il est difficile de qualifier de différence de degré ou de nature (cf. notamment Morton, op. cit., et Barberousse, Ludwig, « Les modèles comme fictions », in Philosophie, n° 68, déc. 2000). Ensuite, le degré de formalisation des modèles.

23  Pierre Duhem, La théorie physique – son objet, sa structure, Paris, Gauthier Villars, 1914, rééd. Vrin, 1981, p. 77 sq.

24  Ludwig Boltzmann, Über die Grundprinzipien und Grundgleichungen der Mechanik, Clarck University, 1899. Voir aussi René Dugas, La théorie physique selon Boltzmann, Neufchâtel, Le Griffon, 1959.

25  D. Gooding, « What is experimental about Thought Experiments ? », PSA : Proceedings of the Biennial Meeting of the Philosophy of Science Association. Vol. 1992, Volume Two : Symposia and Invited Papers (1992), p. 291-301.

26  A. Barberousse, P. Ludwig, « Les modèles comme fictions », in Philosophie, n° 68 (2000), p. 20.

27  Cf. Gooding, op. cit. Sur la mise en récit, on peut notamment penser à l’exemple du train donné par Einstein, ou l’utilisation du mythe de Robinson par la théorie néoclassique en économie.

28  Ces termes renvoient respectivement aux écrits de T. Kuhn, P. Bourdieu, E. Fox Keller.

29  N. Cartwright, op. cit., p. 46 : « We can improve these concepts, refine the structure, turn them upside down, inside out; we can ever make a rather dramatic break. But always the source must be the books of human authors and not the original Book of Nature. What we end up with through this process is bound to be a thoroughly human and social construction, not a replica of the very laws that God wrote. » Selon Cartwright, la prise en compte de la dimension sociale de la science ne doit cependant pas amener à suivre les « constructivistes » dans leur abandon de tout notion de vérité. Les lois de la physique sont vraies en contexte : « Are true of what we make. »

30  A. Barberousse, P. Ludwig, op. cit., p. 19.

31  Wittgenstein, Recherches Philosophiques, § 202, Paris, Gallimard, 2005, trad. F. Dastur et al.

32  E. Fox Keller, Expliquer la vie, Paris, PUF, 2005, trad. S. Schmidt, p. 159.

33  R. Rorty, Objectivisme, relativisme et vérité, Paris, PUF, 1994, trad. J.-P. Cometti, p. 174.

34  Le fait que la métaphore ne soit pas une ambiguïté au niveau du sens, n’empêche pas que son usage puisse paraître ambigu, bien au contraire.

35  Davidson, « Ce que les métaphores signifient » in Enquêtes sur la vérité et la signification, J. Chambon, 1993, trad. P. Engel, p. 360. L’auteur résume lui-même très bien sa position générale : « Aucune théorie de la signification métaphorique ou de la vérité métaphorique ne peut nous aider à expliquer comment fonctionne la métaphore. La métaphore suit les mêmes voies linguistiquement familières que les phrases les plus banales ; nous l’avons vu en considérant les comparaisons. Ce qui distingue la métaphore n’est pas le sens, mais l’usage – en ceci elle est comme l’assertion, l’indication, le mensonge, la promesse, ou la critique. Et l’usage spécial que nous faisons du langage dans la métaphore n’est pas – ne peut être – de « dire quelque chose » de spécial, aussi indirectement cela soit-il. Car une métaphore dit seulement ce qu’on voit sur la figure – habituellement une fausseté évidente ou une vérité absurde. Et cette vérité ou cette fausseté n’a pas besoin de paraphrase – sa signification est donné dans le sens littéral des mots. » (p. 369)

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Pour citer cet article

Référence électronique

François-Xavier Demoures et Éric Monnet, « Le monde à l’épreuve de l’imagination. Sur « l’expérimentation mentale » », Tracés. Revue de Sciences humaines [En ligne], 9 | 2005, mis en ligne le 11 février 2008, consulté le 29 juillet 2016. URL : http://traces.revues.org/177 ; DOI : 10.4000/traces.177

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Auteurs

François-Xavier Demoures

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