méthode expérimentale — wikipédia

Exprience du cerf-volant deBenjamin Franklin

Les mthodes exprimentales scientifiques consistent tester pardes expriences rptes la validit d'une hypothse. L'obtention dedonnes nouvelles, qualitatives ou quantitatives, confirme ou infirmel'hypothse initiale. L'exprience scientifique se distingue d'autresexpriences en ce qu'elle exige une mthode et un cadre thoriqueque d'autres chercheurs peuvent reproduire. Certains soutiennent quele savant Ibn Al Haytham (Alhazen) a t l'un des premiers faire la promotion des mthodes exprimentales.

Dfinies par le chimiste Michel-Eugne Chevreul en 1856, elles ontt dveloppe par Claude Bernard en mdecine et en biologie. Outilprivilgi des sciences de la nature, les mthodes exprimentales sontgalement utilises en sciences humaines et sociales.

1 Historique et pistmologie1.1 Dfinition moderne1.2 La thse Duhem-Quine1.3 L'exprience qualitative pralable

2 Principes2.1 Contrle des paramtres et test d'hypothses2.2 Exprience scientifique l'aide de modle2.3 Protocole exprimental2.4 Structure thorique d'une exprience2.5 Expriences en blocs

3 Instruments frquemment utiliss en sciences exprimentales3.1 Microscopie3.2 Analyse structurale3.3 Analyse chimique3.4 Cintique chimique3.5 Essais mcaniques

4 Sciences humaines5 Notes et rfrences6 Bibliographie7 Voir aussi

Dfinition moderne

La mthode exprimentale est ainsi dfinie par le chimiste Michel-Eugne Chevreul en 1856 : Unphnomne frappe vos sens ; vous lobservez avec lintention den dcouvrir la cause, et pour cela, vous ensupposez une dont vous cherchez la vrification en instituant une exprience. Le raisonnement suggr parl'observation des phnomnes institue donc des expriences (), et ce raisonnement constitue la mthode

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Mthode exprimentale Wikipdia http://fr.wikipedia.org/wiki/Mthode_exprimentale

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Claude Bernard

que jappelle exprimentale, parce quen dfinitive lexprience estle contrle, le critrium de lexactitude du raisonnement dans larecherche des causes ou de la vrit .

Cette mthode a t centrale dans la rvolution scientifiqueaccomplie depuis le XVIIe sicle, en donnant naissance aux sciencesexprimentales. Parmi les prcurseurs de la mthode exprimentale,il convient de citer le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle,qui est aussi le pre de la philosophie naturelle, ainsi que le mdecinClaude Bernard.

Georges Canguilhem et Jean Gayon relvent la dette de ClaudeBernard envers les thses mthodologiques de Chevreul, lie au dialogue ininterrompu entre les deux matres du Musum , detteque le physiologiste reconnat d'ailleurs ds l'introduction de sonouvrage majeur : de nos jours, M. Chevreul dveloppe dans tousses ouvrages des considrations trs importantes sur la philosophiedes sciences exprimentales. () Notre unique but est et a toujourst de contribuer faire pntrer les principes bien connus de lamthode exprimentale dans les sciences mdicales. .

Claude Bernard distingue nettement les approches empiriques et exprimentales : L'empirisme est undonjon troit et abject d'o l'esprit emprisonn ne peut s'chapper que sur les ailes d'une hypothse. . Ilinsiste en effet sur l'importance de l'hypothse, et Canguilhem qualifie l'Introduction ltude de lamdecine exprimentale de long plaidoyer pour le recours lide dans la recherche, tant entendu quuneide scientifique est une ide directrice et non une ide fixe. . Les tapes de la mthode exprimentale ontt rsumes par le sigle OHERIC, schma trs simplificateur, et des modles plus proches d'une mthodeexprimentale authentique ont t proposs.

La thse Duhem-Quine

Le schma de la vrification dune hypothse laide de lexprience est demeur en vigueur dans lessciences exprimentales de Francis Bacon jusquau XXe sicle, date laquelle certains l'ont remis en cause(Pierre Duhem en 1906 ). En effet, selon l'article de Quine Les deux dogmes de l'empirisme, il n'existeaucune exprience cruciale qui puisse permettre de confirmer, ou non, un nonc scientifique. Quinesoutient en effet une position holiste, qui ne dnie pas tout rle l'exprience, mais considre que celle-ci nese rapporte pas un nonc scientifique, ou hypothse, en particulier, mais l'ensemble de la thoriescientifique. Aussi, chaque fois qu'une exprience semble apporter un dmenti l'une de nos hypothses,nous avons en fait toujours le choix entre abandonner cette hypothse, ou la conserver, et modifier, laplace, un autre de nos noncs scientifiques. L'exprience ne permet pas, ainsi, d'infirmer ou de confirmerune hypothse dtermine, mais impose un rajustement de la thorie, dans son ensemble. Nous avonstoujours le choix de procder au rajustement que nous prfrons : On peut toujours prserver la vrit den'importe quel nonc, quelles que soient les circonstances. Il suffit d'effectuer des rajustements nergiquesdans d'autres rgions du systme. On peut mme en cas d'exprience rcalcitrante prserver la vrit d'unnonc situ prs de la priphrie, en allguant une hallucination, ou en modifiant certains des noncs qu'onappelle lois logiques. Rciproquement (), aucun nonc n'est tout jamais l'abri de la rvision. On a tjusqu' proposer de rviser la loi logique du tiers exclu, pour simplifier la mcanique quantique.

L'exprience qualitative pralable

Wolfgang Khler constate que les physiciens ont mis des sicles remplacer graduellement desobservations directes et surtout qualitatives par d'autres, indirectes, mais trs prcises . Il cite quelquesexemples o tel savant fait une observation singulire mais uniquement d'ordre qualitatif avant que ce fait -

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une fois dcouvert - serve de fondement une mthode d'valuation quantitative du phnomne ; cesmthodes se concrtisent souvent en instruments de mesure toujours plus perfectionns.

Il gnralise ce constat historique en posant que toute nouvelle science se dveloppe naturellement par lepassage progressif des expriences directes et qualitatives aux expriences indirectes et quantitatives ,celles-ci tant une caractristique majeure des sciences exactes. Il insiste sur la ncessaire accumulationpralable des expriences essentiellement qualitatives ; conditions indispensables des investigationsquantitatives ultrieures.

C'est le dfi qu'il propose la psychologie qu'il considre comme une jeune science . Il invite ainsi rsister l'imitation de la physique, ne pas plaquer les mthodes d'une science mre sur les ttonnementsde celle qui se cherche et donc favoriser avant tout la croissance des exprimentations qualitativespralables indispensables aux futures expriences quantitatives rigoureuses.

Reconnaissant la complexit de l'objet de la psychologie compare aux simplifications que la physiqueautorise, il assure aprs avoir voqu la question des tests qu' on ne saurait assez souligner l'importance del'information qualitative comme complment ncessaire du travail quantitatif . L'exemple type est celui deGalile, qui dcouvre le mouvement des plantes par l'observation avec une lunette astronomique.

Contrle des paramtres et test d'hypothses

La mthode exprimentale repose sur un principe : il s'agit de modifier un ensemble de paramtres l'aided'un dispositif exprimental conu pour permettre le contrle de ces paramtres, dans le but de mesurer leurseffets et si possible de les modliser. Dans le cas le plus simple on cherche modifier un seul paramtre lafois, "toutes choses gales par ailleurs". Cependant il n'est pas toujours possible ni souhaitable de modifierun seul paramtre la fois. Ainsi en chimie lorsqu'on opre sur les constituants d'une seule phase (liquide,solide, gazeuse) la somme des concentrations des constituants reste gale un ; modifier la valeur de l'uned'entre elles modifie invitablement la concentration d'un autre constituant au moins . D'autres fois lersultat d'une exprimentation portant sur une seul facteur peut induire une conclusion erronne. Ainsi lersultat recherch peut tre nul pour certaines conditions fixes et se rvler important lorsque les conditionsfixes sont diffrentes. Ce cas traduit l'existence de "synergies" ou "d'interactions" entre des facteurs (Voir lacomparaison de plans en toile et de plans factoriels, Linder P. 38). Cet enjeu est parfois crucial (cas dessynergies entre des mdicaments, entre des polluants, ...). Le plus souvent on cherche tester une hypothseportant sur une liaison cause-consquence. Dans l'analyse des rsultats (la qualit de cette liaison) lesstatistiques jouent un rle trs important aussi bien pour porter un jugement (sur la prcision du modleprvisionnel obtenu) que pour concevoir une exprimentation optimale par rapport au risque statistique (Linder, P.126). Considrons l'exemple suivant un seul paramtre dont l'objectif est de tester l'hypothsesuivant laquelle la lumire permet la croissance d'une plante . Dans l'exemple propos, diffrentes plantesseront soumises des clairages diffrents, toutes choses gales par ailleurs, notamment la temprature doitrester fixe et donc indpendante de l'clairage, afin de mesurer l'impact de ce paramtre sur leur croissance.

L'exprience consiste reproduire le phnomne croissance d'une plante de deux manires :

d'une part sans le paramtre tester (sans lumire) ; c'est le tmoin ngatif.d'autre part, un tmoin positif, avec le paramtre tester (avec lumire). Ce dernier dispositif permet devrifier que tous les autres lments non tests sont oprationnels (la plante fonctionne bien).

Avant mme la mise en uvre, les rsultats de l'exprience doivent tre prvus :

si la croissance ne se produit pas dans les deux dispositifs, je ne peux rien dduire si ce n'est que mamanipulation n'est pas adapte ma recherche ;


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L'espce Mus musculus, un exempled'organisme modle

si la croissance ne se produit pas sans lumire, mais avec la lumire alors l'hypothse est valide : lalumire fait pousser les plantes ;si la croissance ne se produit pas avec lumire, mais sans la lumire, alors lhypothse est rfute ;si le phnomne se produit dans les deux dispositifs, alors l'hypothse n'est pas valide, mais elle n'est pasrejete pour autant.

En dehors du paramtre tester qu'il faut faire varier, les autres paramtres susceptibles d'intervenir doiventtre fixs de faon rigoureuse sinon "le mieux possible". A dfaut, ces paramtres risquent d'tre l'originedes diffrences de rsultats entre l'exprience tmoin et les autres. Par exemple, s'il fait "trop froid" dans lepremier dispositif sans lumire ou si l'atmosphre ne contient "pas assez" de gaz carbonique, alors l'absencede croissance peut tre due ces facteurs. On aussi voit la ncessit d'un savoir scientifique le plus largepossible pour permettre la bonne conception d'une exprimentation.

La conduite d'une exprience mne ainsi le schma d'interprtation pistmologique classique deux typesde bnfice :

d'abord la possibilit de vrifier ou, mieux, de corroborer l'hypothse ou de la rfuter ;mais aussi dans tous les cas, un enseignement sur les causes de l'ventuel chec, enseignement qui serarinvesti dans la dfinition d'une exprience plus adquate. Le bnfice est alors mthodologique.

Exprience scientifique l'aide de modle

Lorsque certains phnomnes naturels sont trop complexes, tropvastes, trop dangereux, trop chers ou trop long reproduire dans uneexprience, on a recours un dispositif simplifi : le modle.

Il peut s'agir :

d'un modle rduit (maquette). On parle de modlisationanalogique, laquelle les gologues tudiant la tectonique ontrecours ;d'un modle numrique (programme de simulation par ordinateur) ;d'un modle vivant, comme la souris qui permet d'viter desexpriences sur des humains.

Article dtaill : Organisme modle.

Dans ce cas, la validit du modle peut tre discute. Un modle doit reprsenter le mieux possible l'objetsur lequel repose une hypothse. Par exemple, pour dmontrer l'origine humaine du rchauffementclimatique on utilise des modles numriques du climat. Les dtracteurs de cette hypothse remettent encause ces modles, qui ne prendraient pas assez en compte l'influence des nuages.

Protocole exprimental

Le protocole d'exprimentation regroupe la description des conditions et du droulement d'une exprienceou d'un test. La description doit tre suffisamment claire afin que l'exprience puisse tre reproduite l'identique et il doit faire l'objet d'une analyse critique pour notamment dtecter d'ventuels biais.

titre d'exemple, on a rcemment constat que les rcipients en plastique utiliss pour la plupart desexprimentations biologiques libraient des additifs dont certains sont des perturbateurs endocriniens. Mmedes rcipients neutres en verre spcial peuvent modifier la forme des protines qui entrent en contact avecles parois, ce qui peut fausser des expriences ou dgrader des processus de fabrication .15


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Exemple d'exprience en blocsalatoires complets relative lacomparaison de six lments (parexemple six fumures diffrentes,numrotes de 1 6) au sein dequatre blocs.

Structure thorique d'une exprience

D'un point de vue trs gnral, l'exprience isole comporte sommairement trois phases :

la prparation ;l'exprimentation ;l'valuation.

Les deux dernires sont l'aboutissement simple de ce qui les a prcd.

Une exprience globale compose d'expriences partiellement individualisables comporte les trois mmesples. Cependant, si dans l'exprience isole les trois phases constituent autant d'tapes rgleschronologiquement, dans l'exprience globale, il s'agit de trois registres qui interagissent en permanence.Ainsi :

l'valuation est plus ou moins associe aux paramtres pris en compte dans la prparation, par exemple,les rsultats questionnent la mthode d'chantillonnage ;l'exprimentation peut tre rpte, en fonction des deux autres phases ;

La prparation se ralise autour d'une double intention : la russite de l'exprience, c'est--dire la conduitejusqu' son terme ; la pertinence ou succs de l'exprience, c'est--dire l'accs un rsultat positif, l'gardde l'objectif initial. Chacune des intentions motivant et organisant l'exprience trouve ses limites dans aumoins une forme d'incertitude : l'incertitude de base portant sur la ralisation de l'exprience est rejointe parautant d'incertitudes qu'il y a de choix possibles pour les conditions initiales.

La prparation est donc base sur des perspectives et oprations d'anticipation ; supputations de l'expriencequi peuvent rduire l'incertitude sur tel ou tel paramtre. La prparation aboutit ainsi la runion de facteursd'efficacit. Dans l'exprience globale, chaque phase ne rsultant pas simplement de la prcdente, les liensentre les conditions initiales et les rsultats sont affects par une complexit qui apporte une nouvelle charged'incertitude. L'valuation se rfre des critres qui auront t explicits en association avec ladtermination des facteurs d'efficacit.

Expriences en blocs

Dans les expriences en champ au sens large (champ, verger, fort,etc.), qui sont ralises en recherche agronomique, on appelle blocs des ensembles de parcelles voisines qui servent comparerdiffrents traitements (diffrentes fumures par exemple). Les blocssont dits complets quand tous les lments qui interviennent dansl'exprience (toutes les fumures tudies par exemple) y sontprsents. Ils sont au contraire dits incomplets quand seulementcertains de ces lments y sont prsents.

La rpartition des diffrents lments est ralise au hasard l'intrieur des diffrents blocs, et indpendamment d'un bloc l'autre,raison pour laquelle les blocs sont souvent qualifis d' alatoires ou randomiss . Le cas le plus frquent est celui des expriencesen blocs alatoires complets ou blocs randomiss complets (cf. illustration). Le carr latin et le carr grco-latin sont d'autresdispositifs exprimentaux, beaucoup moins utiliss que les blocs.

L'utilisation de blocs (en anglais: blocking) intervient galement, parfois sous d'autres dnominations, dansd'autres domaines que l'exprimentation en champ et la recherche agronomique (recherche industrielle outechnologique, recherche mdicale ou pharmaceutique, etc.). En matire mdicale par exemple, les blocs


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peuvent tre constitus de groupes de patients qui prsentent des caractristiques semblables.

Microscopie

Les mthodes de microscopie sont utilises principalement en sciences de la matire et de la vie : sciencesdes matriaux, biologie molculaire, gologie mais aussi pour les investigations : police scientifique,pidmiologie et diagnostic mdical (culture de cellules), tudes environnementales (hygine et scurit dutravail, pollution)

Microscope optiqueMicroscope laser confocal balayageMicroscope lectroniqueMicroscope force atomiqueMicroscope effet tunnelMicroscope optique en champ procheMicroscope de fluorescence par rflexion totale interne

Analyse structurale

Ces mthodes consistent dterminer la structure des cristaux et des molcules. Elles sont utilises enchimie analytique, pour tudier la synthse des molcules (synthse organique, industrie pharmaceutique),en sciences des matriaux

Rsonance magntique nuclaireAbsorption des rayons XDiffraction des rayons XDiffraction des neutronsSpectroscopie Auger

Analyse chimique

De nombreux domaines ont recours la chimie analytique.

Microanalyse XSpectromtrie de fluorescence Xspectromtrie de masseSurface plasmon rsonanceSpectroscopie de corrlation de fluorescence (FCS)Spectromtrie

Cintique chimique

Mthode diffrentielle de van 't HoffMthode de PowellMthode des temps rduits de ractionMthode d'OstwaldMthode des vitesses initiales

Essais mcaniques


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Les essais mcaniques ont pour rle de dterminer la capacit d'un matriau ou d'une structure complexe se dformer (mise en forme, usinage, rhologie), s'user (tribologie), ou casser. Cela concerne bien sr lessciences des matriaux, mais aussi la biomcanique.

Essai de traction, essai de compression, essai de flexion.Essai de rsilience, Mouton CharpyMesure de duretessais de viscosit (fluides), essais d'coulement (poudres, suspensions),essais de permabilit (fluide travers un milieu poreux, membrane)essais de fluage (dformations diffres dans le temps sous sollicitation constante)essais de fissuration (propagation de fissures)essais de fatigue (rupture par des sollicitations rptes, sous l'influence de facteurs physico-chimiques)essais de crash test (vhicule lanc contre un obstacle)essais de rsistance aux sismes (btiments, ouvrages d'art)

Article connexe : psychologie exprimentale.

La mthode exprimentale est employe au sein de disciplines considres comme des scienceshumaines , telles que la sociologie, la psychologie, ou l'archologie.

L'exprience de Milgram est un exemple d'exprience de psychologie ralise entre 1960 et 1963 par lepsychologue amricain Stanley Milgram. Cette exprience cherchait valuer le degr d'obissance d'unindividu devant une autorit qu'il juge lgitime et analyser le processus de soumission l'autorit,notamment quand elle induit des actions qui posent des problmes de conscience au sujet.

Abhandlung ber das Licht, J. Baarmann (ed. 1882) Zeitschrift der Deutschen Morgenlndischen Gesellschaft Vol 361. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7810846.stm2. Thiele, Rdiger (2005), "In Memoriam: Matthias Schramm", Arabic Sciences and Philosophy (Cambridge UniversityPress) 15: 329331, doi:10.1017/S0957423905000214

3.

Thiele, Rdiger (August 2005), "In Memoriam: Matthias Schramm, 19282005", Historia Mathematica 32 (3):271274, doi:10.1016/j.hm.2005.05.002

4.

Chevreul Michel-Eugne, Lettres adresses M. Villemain sur la mthode en gnral et sur la dfinition du mot "fait" :relativement aux sciences, aux lettres, aux beaux-arts, etc., etc., Paris, Garnier Frres, 1856, p. 27-29.

5.

Canguilhem 1968, p. 153 et 166.6. Gayon 19967. Canguilhem 19688. 1865, p. 28.9. Claude Bernard, Principes de mdecine exprimentale, PUF, 1947, rd. Paris, PUF, 1987, p. 77.10. Canguilhem 1968, p. 23311. Pierre Duhem, Lexprience cruciale est impossible en physique, extrait de La thorie physique, son objet et sastructure, 1906, 1914, seconde partie, chapitre VI, III. [lire en ligne (http://books.google.fr/books?id=wacGilAUEakC)]

12.

Quine, Les deux dogmes de l'empirisme, in De Vienne Cambridge, trad. P. Jacob, Gallimard, 1980.13. W. Khler, Gestalt Psychology, 1929. Traduction franaise La psychologie de la forme, Gallimard, Paris, 1964. Traduitpar Serge Bricianer.

14.

Les rcipients perturbent les mdicaments , La Recherche, janv. 2009, p. 24.15. Dpelteau Franois, La dmarche d'une recherche en sciences humaines, Bruxelles, De Boek, 2000, chapitre 5.2. Lamthode exprimentale, p. 251-271.

16.

Giroux Sylvain, Tremblay Ginette, Mthodologie des sciences humaines : La recherche en action, ditions ERPI, Saint-Laurent (QC), 2009, p. 227.

17.

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[rf. incomplte]


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Claude Bernard, 1865, Introduction ltude de la mdecine exprimentale, rd. Paris, Garnier-Flammarion, 1966.Georges Canguilhem, 1968, tudes dhistoire et de philosophie des sciences, Paris, Vrin. [lire en ligne(http://books.google.fr/books?id=HRx580iW9aMC)]Pierre Dagnelie, 2012, Principes d'exprimentation: planification des expriences et analyse de leursrsultats, Presses agronomiques (http://www.pressesagro.be/catalogue/reference/23.html), Gembloux, 413p. (ISBN 978-2-87016-117-3) et dition lectronique (PDF) (http://www.dagnelie.be/exacces1.html).Jean Gayon, 1996, Les rflexions mthodologiques de Claude Bernard : contexte et origines , Bull.Hist. pistm. Sci. Vie, 3 (1), p. 75-92.Richard Linder, 2005, Les plans d'expriences. Un outil indispensable l'exprimentateur, Les Presses del'cole Nationale des Ponts et Chausses, 2005, 320 p. ((ISBN 2-85978-402-0)) [lire en ligne (http://books.google.fr/books?id=10Nz4c5sVb8C)]

ObservationMthode gntiqueMthode scientifiqueLoi empiriquetude randomise en double

aveugleEssai cliniqueFaitRecherche scientifiqueRecherche technologique

Plan d'exprienceListe des expriencesscientifiques.Les Petits DbrouillardsBiothique

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