Atelier 2 : Mesures de la science : instruments et machines pour légitimer le savoir scientifique

2ème séance du programme de recherche “Le rôle des techniques dans la construction sociale des savoirs légitimes” – Labex HASTEC/Cnam. Cette séance s’est déroulée le 13 mai 2014 (14h – 18h) au Cnam (amphithéâtre Robert Faure (Z)), 292 rue Saint-Martin, 75003 Paris. Avec la participation de :

Charlotte Bigg (chargée de recherche en Histoire des sciences, Centre Koyré/EHESS) :
L’évolution conjointe des méthodes d’observation et du traitement des données en astronomie entre les 18ème et 20ème siècles : fiabilité, légitimité et autorité dans un domaine de haute précision scientifique (titre provisoire).

Loic Petitgirard (maître de conférence en Histoire des sciences et des techniques, HT2S/Cnam) :
La construction de savoirs mathématiques légitimes par des ingénieurs « illégitimes » grâce aux instruments analogiques et numériques (20ème s.).

Marc Himbert (professeur, chaire de Métrologie, LCM Lne-Cnam) :
La mesure apporte-t-elle des « preuves » scientifiques ?

Cette séance a été animée par Cathy Dubois (CNES Toulouse, HT2S).

Transcriptions des interventions de la séance, suivies des enregistrements vidéos des interventions.

Cette séance est introduite par Cathy Dubois qui précise la thématique du séminaire. « Légitimations du savoir » est un programme de recherche interdisciplinaire qui vise à réfléchir aux instruments et opérations techniques supportant les processus de construction des savoirs et en lien avec l’adéquation aux croyances, valeurs et règles des sociétés depuis l’époque moderne : le groupe de travail se focalise sur le rôle social et politique des techniques matérielles et intellectuelles, les modes et régimes de la pensée opératoire dans la légitimation des savoirs scientifiques, organisationnels ou plus informels, analysés dans une perspective comparative. On laisse de côté le débat sur l’approche spéculative pour se pencher sur le rôle de la technique et notamment la question de l’instrument et des machines.

Cathy Dubois, travaillant sur l’observation de la terre depuis l’espace, précise qu’il existe de multiples points communs entre ce sujet de recherche et ceux présentés lors de la séance. Ils s’inscrivent dans des traditions scientifiques connues : intuition scientifique, construction de l’objet (cadrage, domaine théorique). Dès que l’on a abandonné les instruments analogiques, on s’est appuyé sur la physique de la mesure et on a retravaillé sur les observables. Il existait néanmoins des problèmes spécifiques liés à l’instrument (distant, en milieu hostile, ou nous donnant des informations autres que celles que l’on recherchait).

La construction des données permet de produire de la connaissance (les données étant construites). Pour pouvoir passer du signal à la donnée, un processus de spatialisation réintégrant le milieu et la dé-spatialisation (qui élimine les bruits) est nécessaire. C’est également un processus social qui engage des groupes de chercheurs (discussion scientifique), en compétition les uns par rapport aux autres. Epistémologie, social et institutionnel sont entremêlés dans ce processus. La construction des données est un processus continu, flou. Les frontières entre les objets sont discutées en permanence. On doit alors s’intéresser à la place de la mesure dans la construction des représentations, l’administration scientifique et sociale.

Charlotte Biggs, chargée de recherche en Histoire des sciences, Centre Koyré/EHESS : l’invention de la photographie comme instrument légitime du savoir astronomique.

C. Biggs prépare un ouvrage intitulé Photography and astronomy dans une série portant sur l’histoire de la photographie. Il s’agit à la fois d’une histoire culturelle de la photographie et d’une histoire plus technique de la photographie dans le champ de l’astronomie. En effet, nous trouvons essentiellement des ouvrages sur l’histoire technique car écrits par des astronautes. Ce projet permet d’ouvrir la boite noire de la photographie, longtemps considérée comme instrument ou médium transparent de la représentation de la réalité et de le présenter comme un outil privilégié de l’ « objectivité mécanique ». La photographie permet une « image qui tente de saisir la nature en réduisant au maximum toute forme de représentation humaine ». La photographie est ainsi l’instrument privilégié de la preuve scientifique (Becquerel, Laue, Positron). Elle fait partie du système expérimental mais est également un produit, un moyen de partager et de communiquer un résultat scientifique, a fortiori une découverte comme celle de la radioactivité, de la diffraction des rayons X par les cristaux ou de celle du positron.

La photographique scientifique peut éclairer la réflexion générale sur le rôle des techniques dans la légitimation des savoirs scientifiques (et non scientifiques). Il s’agira de s’interroger sur les conditions techniques et sociales qui rendent la photographie fiable (dans un certain milieu, à un certain moment) et lui confère le pouvoir d’établir et de légitimer des savoirs. Il faut s’interroger également sur les processus qui ont fait de la photographie un instrument légitime. Pour cela, C. Biggs s’attade essentiellement sur la seconde moitié du XIXème siècle, période pendant laquelle l’astronomie est pour la première fois confrontée à la photographie et réciproquement la photographie à l’astronomie. Elle met cela en relation avec les pratiques antérieures (observation visuelle, dessin) ainsi qu’avec le tournant numérique. Les photographies de la microphysique au début du XXème siècle témoignent d’une époque où le statut de la photographie dans la constitution du savoir et de la preuve est désormais stabilisé. Mais ce n’est que dans les années 1880 que la photographie devient légitime pour l’expérience scientifique.

Charlotte Biggs rappelle les décennies précédentes sont intéressantes car le statut et la fonction de la photographie ne sont pas encore fixés. L’astronomie est un domaine particulièrement important dans ce processus. Les astronomes ont joué un rôle fondamental dans l’histoire de la photographie dès ses origines. Elle cite la participation de l’astronome John Herschel aux recherches de Henry Fox Talbot menant à l’élaboration d’un procédé photographique sur papier, le calotype[1] ; ou l’intérêt du directeur de l’observatoire de Paris, François Arago, pour l’invention de Nicéphore Niépce et Louis Daguerre, qui l’occupa pendant une bonne partie de l’année 1839 et qu’il travailla plus que tout autre à faire reconnaître[2]. Il n’est pas très étonnant que la lune figure parmi les premiers sujets figurés par le daguerréotype, puisque c’est à la demande d’Arago et de ses collègues Jean-Baptiste Biot et Alexandre de Humboldt, délégués par l’Académie des Sciences pour évaluer la nouvelle technique, que Daguerre s’y essaye.[3] Par la suite, on constate une grande proximité technique et sociale entre de nombreux photographes et astronomes. On retrouve, parmi les membres des sociétés photographiques du XIXe siècle un nombre important d’astronomes. Réciproquement, de nombreux astronomes s’intéressent de très près à la photographie, en particulier en lien avec les nouvelles investigations astrophysiques. En 1922, le lointain successeur d’Arago à l’observatoire de Paris, Benjamin Baillaud, cite l’invention de la photographie parmi les trois découvertes les plus importantes pour l’astronomie des cinquante années précédentes.

Néanmoins, cette proximité sociale et ces interactions ne signifient pas que la photographie a vocation à remplacer immédiatement et automatiquement les autres formes d’observation, comme une lecture simpliste et techniquement déterministe pourrait le supposer, reposant sur l’affirmation implicite d’une supériorité de la technique sur l’observation manuelle (ou oculaire). Au contraire, et le cas de la cartographie lunaire le démontre.

Avant cette époque, le dessin et l’observation manuelle et visuelle priment. De nombreux savants de l’époque possédaient une solide formation artistique, notamment John Herschel, qui maîtrisait parfaitement le dessin et l’usage de la camera lucida.[4] Pour l’astronomie, Omar Nasim a montré à travers l’exemple des nébuleuses au XIXe siècle que les savants qui étudièrent ces objets ténus et mystérieux apprirent à les connaître et à les apprivoiser, littéralement à les voir, en les dessinant à maintes reprises.[5]

La carte topographique de la lune de Johann Mädler et Wilhelm Beer, dont les dessins, puis les gravures d’une finesse incomparable leur coûtèrent sept années de travail est un bon exemple. Mädler et Beer insistèrent par la suite que leur carte, publiée trois ans seulement avant l’invention daguerrienne, reste supérieure à tous les daguerréotypes. C’est un jugement largement justifié jusqu’à l’introduction des plaques sèches à la fin des années 1870. Le daguerréotype est une technique photographique particulièrement apte à la comparaison avec le dessin ou la gravure, de part sa capacité de reproduire les détails les plus minutieux. Néanmoins celle-ci demeure pendant de longues décennies moins sensible et précise que les sens exercés de l’astronome. L’explication est physiologique : l’œil compense les variations continuelles de la position des étoiles causées par l’instabilité de l’atmosphère.

Ainsi les premiers « dessins photographiques » de la lune seront vues par beaucoup d’astronomes comme de belles images mais ayant un intérêt scientifique limité. Ils sont logiquement interprétés par les astronomes à l’aune de pratiques visuelles fondées sur le dessin et la gravure et ainsi insérés dans une tradition de représentation descriptive remontant aux études de la lune de Galilée. De même, les premiers daguerréotypes de la lune sont décevants.

Ces difficultés ne se limitent pas à la cartographie lunaire : il faudrait parler du succès très mitigé des tentatives de photographier les éclipses ou les passages de venus des années 1840 à 1870. L’expérience de la photographie fut tellement contradictoire lors des observations du passage de Venus en 1874 qu’à l’occasion suivante, en 1882, les astronomes, d’un commun accord, retournèrent au dessin manuel. La Carte du Ciel, projet grandiose lancé en 1889, avait pour objectif de documenter l’état du ciel à l’aide de la photographie et de constituer le catalogue d’étoiles le plus vaste jamais réalisé. Le projet est réalisé selon des modalités techniques et organisationnelles toutes autres en 1970. Dans ce projet, la photographie est mise à contribution pour permettre de mesurer la position des étoiles et éviter de passer des nuits à attendre le bon moment. Mais il reste des difficultés techniques : l’instabilité de la gélatine ; des problèmes de magnitudes (compatibilité de l’échelle visuelle et de l’échelle photographique) ; problèmes de standardisation des instruments et des procédures (les plaques exposées pendant une seule nuit peuvent occuper les calculatrices pendant une année entière).

Comment expliquer ce décalage entre un grand intérêt pour la photographie de la part de nombreux astronomes, et des nombreuses tentatives d’implémentation qui durent dans certains domaines plus d’un siècle? Les objets astronomiques constituent pour la photographie des défis techniques majeurs (distances extrêmes, luminosités extraordinairement faibles, des exigences de précision et de fiabilité exceptionnelles). Mais l’astronomie fournit également des ressources, à la fois instrumentales, théoriques et institutionnelles pour tenter de relever ces défis. Si la chimie des émulsions était au départ étrangère à la plupart des astronomes, ces derniers sont en revanche des spécialistes reconnus de l’optique pratique et théorique, tout aussi essentielle au développement des techniques photographiques. Le ciel, au sens large, constitue ainsi pour la photographie un objet limité, un champ d’expérimentation et une source d’innovation technique pour astronomes, photographes et industriels qui travaillent en étroite collaboration depuis le XIXe siècle. C’est encore le cas aujourd’hui.

Parce que l’astronomie constitue, depuis l’émergence des sciences empiriques, le modèle dominant de l’observation scientifique, et parce que l’exigence de précisions dans les mesures astronomiques requiert un affinement particulier des techniques corporelles et instrumentales, c’est dans ce domaine plus qu’ailleurs que la photographie devra prouver qu’elle est à la hauteur de ses ambitions, particulièrement dans la production de données numériques. Ainsi, pendant très longtemps, la photo astronomique relève plus de la prouesse technique que de la boîte noire. S’il est légitime dans une histoire de l’astrophotographie de citer et de reproduire toutes ces expérimentations comme étapes importantes, il faut bien distinguer le type d’émulsion utilisé, les usages dont on fait de ces photos, les contextes dans lesquels elles seront vues et le nombre de telles photos qui sont produites.

Parmi la poignée de daguerréotypes de la lune réalisés dans les années 1840-50, il faut mentionner les clichés effectués à l’observatoire d’Harvard en 1851 par le « grand amateur » britannique John Adams Whipple avec l’astronome de Harvard, George Phillips Bond. L’un sera d’ailleurs exposé et primé à l’exposition internationale au Crystal Palace de Londres la même année. En effet, le daguerréotype ne donnant pas lieu à la production de négatifs, il s’agit d’un objet unique, possédant une présence et un attrait très particuliers. Cela justifie qu’il soit exposé dans les académies et les expositions.  Un rapport de l’Académie des sciences décrit ce daguerréotype comme étant « meilleur que toutes les gravures » de la lune, y voyant encore une fois le signe de la réalisation imminente d’une carte photographique de la lune. La qualité de cette image « représentant tous les incidents et détails de la face de la lune » constituait une prouesse technique étant donné la faible luminosité et la nécessité de prendre en compte le mouvement de l’astre pendant l’exposition. Elle était aussi le résultat d’une optimisation du télescope pour l’usage photographique (les émulsions photographiques étant plus sensibles que l’œil aux côtés bleu du spectre, c’est à dire aux longueurs d’ondes plus courtes).[6]  

C’est aussi ce qui explique le nombre très important, mais qui est rarement expliqué, d’ « amateurs » dans les premières décennies de l’astrophotographie. Ces amateurs astronomes ont apporté des compétences rares et exceptionnelles  à l’astronomie. Ce sont surtout des bricoleurs de génie, inventeurs de nouvelles techniques photographiques et télescopiques. Ce sont eux, souvent en collaboration avec des astronomes, qui développeront et roderont ces techniques avant qu’elles ne s’établissent dans la pratique astronomique.

Enfin, l’adoption de la photographie en astronomie pose des problèmes d’organisation et de standardisation des techniques et des personnes. On observe des transformations de l’organisation du travail, des structures hiérarchiques, de la coopération scientifique…

Face au très relatif succès de la photographie pour l’astronomie pendant de longues décennies, on peut se demander pourquoi les astronomes continuent de croire que cette technique est potentiellement légitime. Il faut trouver la réponse non pas dans des considérations techniques mais dans ce qui relève du discours, de la conception idéale de la photographie comme outil privilégié de recherche astronomique et scientifique. Pour cela, il faut revenir aux débuts de la photographie et plus particulièrement à Arago.

« Les lames de plaqué préparées par M. Daguerre, blanchissent au contraire à tel point sous l’action de ces mêmes rayons et des opérations qui lui succèdent, qu’il est permis d’espérer qu’on pourra faire des cartes graphiques de notre satellite. C’est dire qu’en quelques minutes on exécutera un des travaux les plus longs, les plus minutieux, les plus délicats de l’astronomie. »[7]

Même si cette première tentative ne donne qu’une tâche blanche aux contours indistincts, Arago envisage dès 1839 l’utilisation de la photographie pour des travaux de cartographie lunaire. Le discours est identique de celui employé pour réaliser la carte du ciel : la photo permettrait de réaliser en quelques années ce qui aurait pris des siècles visuellement. « En un mot, dans la chambre noire de M. Daguerre, la lumière reproduit elle-même les formes et les proportions des objets extérieurs, avec une précision presque mathématique ; les rapports photométriques des diverses parties blanches, noires, grises, sont exactement conservés. » (Arago[8].)

Ainsi, en France, les astronomes jouent un rôle crucial dans la promotion de la photographie, comme instrument d’observation scientifique, un instrument fiable pour l’astronome en lieu et place de l’œil exercé du savant.  « La rétine du savant », selon l’expression de Janssen[9], est un moyen d’atteindre une « objectivité mécanique » rêvée, que ce soit pour la cartographie planétaire, l’astronomie positionnelle ou même l’astrophysique naissante (spectro-photographie et photométrie photographique). A ceci s’ajoute l’espoir que la photo pourra permettre de constituer une archive du monde en enregistrant l’état du monde à un moment précis.

La question de la légitimation des savoirs par les techniques passe ainsi, et le cas de la photographie le montre bien, par une étude non seulement de la manière dont une technique fonctionne mais aussi de ce qu’elle représente. Or d’autres voies étaient possibles. Pinson utilisait une technique de reproduction des images (procédés photomécaniques), il existait également la production artistique unique (daguerréotype) qui aurait pu être éventuellement développés.

Pour conclure, quelques remarques sur le réalisme photographique qui continue de gouverner beaucoup de représentations. Il s’agit d’une convention de représentation majeure du réel, et plus particulièrement du réel scientifique alors que les supports technologiques de ces représentations visuelles sont complètement transformés : la photographie numérique, la microscopie électronique impliquent des médiations instrumentales très différentes de la photo analogique. On peut y voir une persistance non pas rétinienne mais culturelle d’une manière de voir les choses et de concevoir le statut et la place de la technique dans la production des représentations et des savoirs sur le monde.

Échanges suite à l’intervention

C. Dubois : Existe-il un lien – du moins conceptuel – entre le projet de la carte du ciel et le projet Gaïa ? C. Biggs : Je ne connais pas assez le projet Gaïa pour le savoir. Je pense qu’il est de toute façon intéressant de s’intéresser à ces projets de cartographies. C’est une entrée utile pour étudier l’évolution des techniques et y compris dans l’évolution du mode d’organisation du travail.

C. Dubois : Existe-t-il un lien entre ce que l’on cherche à représenter – et le statut qu’on donne à l’objet dans la science – et un perfectionnement des techniques photographiques ? C. Biggs : Pour prendre l’exemple du spectroscope, son usage est connu au départ dans les laboratoires de physique (fin XIX, début XXième). Cela soulève un certain nombre de problématiques comme la purification de l’environnement pour enlever le bruit. Nous sommes ainsi amenés à faire une étude approfondie l’instrument lui-même, c’est la réflexivité instrumentale. Ce phénomène est très présent dans la recherche photographique. En effet, l’astronomie est importante pour l’histoire de la photographie. Les astronomes ont des connaissances depuis des siècles dans l’optique car ils travaillent avec des physiciens, opticiens, amateurs… Ils sont à l’origine de nouvelles techniques, comme la photographie couleur.

De la salle : Dans la structuration de l‘observatoire, le bureau de calcul apparaît-il avec la photographie ou dans un moment plus général (il est en effet également présent dans les services méridiens des laboratoires) ? C. Biggs : Au départ, les laboratoires emploient dans les bureaux de calcul des gens peu qualifiés. Ce qui semble intéressant est de revendiquer une organisation industrielle, y compris de la part des critiques. L’idée est d’optimiser au maximum la production de chiffres voire de la « tayloriser ».

Loïc Petitgirard : Qui sont les sceptiques ? C. Bigg : Il existait en effet un certain nombre de critiques. A titre d’exemple, la carte du siècle est très rapidement critiquée. Une des critiques étaient de dire que les laboratoires se sont focalisés là dessus au détriment d’autres disciplines comme l’astrophysique. Ce n’est pas dont pas une remise en question de la photographie en tant que tel mais une remise en question de l’engouement pour l’actualisation des procédés photographies alors que la technique est assez ancienne.

C. Dubois : Quand on a commencé l’observation par satellite, on a beaucoup investi sur l’image satellitaire. L’image n’était qu’une image, qu’une étape vers la production de la connaissance ou d’information, une ressource pour informer des acteurs. Il y a comme un effet d’évidence. C. Biggs : Dans la photographie numérique, dans les années 70, on commence à avoir des instruments automatisés, informatisés, des machines à mesure qui transforment les photographies en donnée numérique. On a en même temps tout ce travail sur la photo numérique et sur la production native de données visuelles. Ces astronautes ne font aucune distinction entre l’image et la donnée.

Loic Petitgirard, maître de conférence en Histoire des sciences et des techniques, HT2S/Cnam : la construction de savoirs mathématiques légitimes par des ingénieurs « illégitimes » grâce aux instruments analogiques et numériques (20ème s.).

L. Petitgirard pose plusieurs questions autour des instruments de calcul. Comment ces techniques ont-elles fait évoluer les processus de construction de savoirs légitimes ? Comment s’est construite la légitimation de ces pratiques d’instrumentation ? La production de savoirs “computationnels” se développe entre “expérience” et “théorie” depuis les années 1950, il s’agit d’un nouveau type de savoirs. Cela amène un déplacement des notions épistémologiques classiques (liées à l’expérience, au modèle, la mesure, la théorie…). Et cela s’inscrit dans une longue histoire liant instrument et légitimation (un héritage, une “base” de légitimation). Enfin, cette production est créée dans un nouvel espace de légitimation. La légitimité pour cette production est cruciale. Ce nouveau type de savoir mobilise fortement la simulation numérique, ce qui structure la discipline. Sa conception est synonyme de simulation au préalable. Il faut établir des preuves avant que la production  devient facteur de légitimation du projet. A titre d’exemple, en climatologie, il existe plusieurs activités : les mesures, le scénario, la modélisation et la simulation en font partie. En effet, pour les projets techniques ou scientifiques du XXIème siècle, la conception est intrinsèquement liée à la simulation car cela génère des savoirs, des “preuves”. La simulation est donc un “passage obligé” et un facteur de légitimité (du projet et des savoirs). Pour revenir à la production des savoirs il faut distinguer le calcul “Par” ordinateur et “Sur” ordinateur. C’est ce qu’on appelle les systèmes complexes – automates cellulaires, systèmes multi-agents, multi-échelles… Ces systèmes n’ont pas d’« existence» hors de la machine. Ce sont des agents virtuels en interaction. Il s’agit là d’une nouvelle fonction épistémique de la simulation informatique (et pas seulement numérique).

Cette thématique renvoie à la fonction épistémique de l’instrument de calcul et de l’instrument de simulation. En philosophie des sciences, on l’a qualifié de “tournant computationnel”. Cela bouscule la notion d’expérience, d’observation, de loi, d’explication, de compréhension… et cela génère des explications différentes. Il s’agit d’une nouvel ordre qui n’existait pas avant. Comment s’est construit la légitimité de ce qui est produit par ordinateur ? Cette nouvelle légitimité a transformé les savoirs scientifiques et techniques.

Le processus de légitimation du « tournant computationnel » commence dans les années 1950. Il ne s’agit pas d’une évidence mais d’une construction. En effet, l’acceptation est variable au cours du temps, des contextes et des disciplines. Pour comprendre ce processus il faut coupler la perspective socioconstructiviste et l’épistémologie. Nous allons prendre un cas particulier : les savoirs mathématiques. Comment les instruments ont-il décalé les savoirs “légitimes” ? Comment se sont imposées les voies de la légitimation des savoirs produits par instruments de calcul ?

Dans les années 50 et 60, il existe un doute sur l’intérêt d’aller chercher dans ces instruments de calculs. Au début des instruments “modernes”, il existe une compétition entre les calculateurs analogiques et numériques (ordinateurs). Dans les premiers temps, il existe une interrogation sur leur légitimité dans la production de savoirs notamment dans le champ mathématique.

Les instruments de calculs se sont développés aux Etats-Unis dans la période post seconde guerre mondiale. Il existait une transdisciplinarité forte. On voit apparaître les premiers “cerveaux” électroniques (calcul électronique numérique). Et pour la première fois, une machine calcule plus vite qu’un être humain. Dans ce moment cybernétique on commande, on contrôle, on laisse place à l’automatique, à la simulation… C’est une période propice à l’émergence des ordinateurs. On observe alors la naissance d’une pratique “légitime”. Ainsi, la question de la légitimité naît au même moment que les premiers ordinateurs.

En France, il existe un vrai problème de légitimité. Dans les années 50, il existait des projets de calculateurs pré-cybernétiques. Le problème des carcans disciplinaires (mathématiques, mécanique, électronique) est très important. Ces projets doivent s’inscrire dans des champs. Il existe un anti-américanisme qui fait que tout ce qui vient des Etats-Unis est a minima suspect pour ne pas dire illégitime. Il existe donc une “illégitimité” des instruments nouveaux et le terrain socio politique est très différent. Pour compliquer le processus de légitimité, les instruments sont construits par des ingénieurs, des physiciens et des mathématiciens. L’informatique est vue comme une “science expérimentale” qui doit servir des sciences comme la physique en premier lieu. Plusieurs questions épistémologiques sont posées simultanément : pourquoi et comment fait-on ces machines ? En France, nous n’avons jamais su cataloguer les informaticiens. La diffusion est un indicatif de la légitimité. Dans les années 1930, l’analogique est gagnant (pour les ingénieurs et les physiciens) au détriment de l’instrumentation numérique. Dans les années 1950-60, s’amorce le passage du calcul digital vers le numérique. Il existe une compétition entre les deux modes de calcul. Dans les années 1970, le tournant computationnel s’étend, le numérique est gagnant pour tous.

Quel rapport entre communauté mathématique, mode de pensée et instrumentation ? Une partie est impliquée dans l’instrumentation mais il existe une pensée « spontanée » en décalage par rapport à l’instrument. Il se peut qu’il n’y ait pas ou peu de rapport à l’expérience. Plusieurs valeurs sont concernées : la rigueur (partagée par la communauté), le formalisme. Le rapport à l’expérience est compliqué. Il est au mieux tabou, et au pire une hérésie. L’expérience n’est qu’une construction depuis le 19ème siècle. Ainsi, tous ces critères de légitimité sont inhérents au savoir mathématique. Le calcul, la rigueur, et le formalisme sont érigés en “programme” alpha et omega de ce que sont les mathématiques. Il advient alors une crise des fondements des mathématiques dont la réponse est l’axiomatisation. Néanmoins, il existe déjà des opposants (intuitionnisme, conventionnalisme…).

Le positivisme, qui est jusqu’alors le savoir de référence, positionne les mathématiques en haut de la hiérarchie des savoirs. Puis, le groupe Bourbaki a une domination épistémologique de 1930 à 1970 grâce au relais du formalisme, renforcé par le structuralisme et vient de la logistique. Les mathématiques sont alors vues comme une structure. La notion d’“anti-empirisme” implique qu’il n’y aucun rapport à l’expérience. Les instruments de calcul remettent en question cette épistémologie, ses pratiques et sa légitimité. Le point de friction est l’exemple de savoirs (illégitimes?) produits dans un laboratoire, “sciences pour l’ingénieur” dans ce contexte.  Leur mode d’approche à ce moment est non légitime. Il n’y a pas de point de concordance entre les ingénieurs, les physiciens et les mathématiciens. Un autre exemple est celui des mathématiques appliquées et l’analyse numérique… On retrouve ces mêmes points de fiction autour des instruments de légitimation.

Nous allons désormais prendre l’exemple d’un laboratoire du CNRS, dans les années 50, situé à Marseille, au sein duquel un groupe de recherche s’était constitué autour de la “dynamique théorique”. On y étudiait l’évolution dans le temps de systèmes de toute nature (mécanique, électroniques, acoustique, naturels). La pratique associée intégrait les instruments de calcul, l’analogie et les mathématiques des équations différentielles. Il y avait une nécessité de calculer (de manière non linéaire) des dynamiques complexes dont les modèles mathématiques à base d’équations différentielles ne sont pas résolubles formellement. Ils étaient donc obligés d’employer des instruments de calcul : développer des systèmes de calcul avec des ordinateurs et combiner cette pratique du calcul. Leur spécificité a donc été de construire et d’utiliser des machines à calculer la dynamique (perspective théorique). Il s’agit d’un croisement de plusieurs histoires : mécanique, mathématiques, calcul analogique, ingénierie, militaire. Il existait également une contrainte forte : la politique de CNRS interdisait l’achat d’ordinateurs avant 1965 (sauf s’il s’agissait d’un projet nucléaire). C’est donc pour cela qu’ils développent leur propre système de calcul.

Deux légitimités sont en cause. Tout d’abord une légitimité “locale” : l’aval du directeur du Laboratoire est nécessaire. En effet, la politique du CNRS induit une délégation de l’autorité centrale au niveau local pour les financements. Puis une légitimité internationale : le groupe français est introduit dans le réseau et la communauté internationale. Il devient le laboratoire de référence où on étudie la dynamique non linéaire. Entre les deux, au niveau national, peu voire rien n’existe du côté du CNRS ou de la communauté des mathématiciens.

La pratique employée est considérée comme illégitime du point de vue de la communauté mathématique française pour plusieurs raisons. Les instruments permettent une “visualisation” de la dynamique (ce qui les intéresse) et cela passe par le calcul approché. Il faut donc trouver des “intuitions” mathématiques. Le rapport à l’image est nécessaire pour justifier des intuitions. Au mieux, il s’agit d’une pratique expérimentale… à prétention mathématique. Ces critiques sont portées par une épistémologie anti-bourbakiste. Théodore Vogel, par exemple, écrit des textes incendiaires contre le groupe.

Il s’agit ainsi d’un laboratoire de “contestation” sur le plan épistémologique, disciplinaire et culturel. Le fondateur du laboratoire est un émigré ukrainien qui a gardé ses attaches et importe une autre culture des mathématiques, la culture soviétique. Le laboratoire cherche à légitimer un rapport à l’instrument et à la simulation au national mais ce rapport induit la reconnaissance des résultats sur un autre plan (international). C’est l’illustration de la géométrie variable de la légitimité.

Si l’efficacité des résultats (publications) suscite intérêt, il ne procure pas de la légitimité. Celle-ci est une combinaison de plusieurs paramètres : la filiation, l’école, de la tradition de ou des auteurs, l’inscription sociologique et disciplinaire, le charisme des acteurs, la légalité et les procédures et enfin l’efficacité et les résultats. De plus, le point de vue des sociologues peut être illustré par une citation symptomatique de Louis Néel, 1991, qui dit à propos de Théodore Vogel et son groupe, “excellent mathématicien, mais ni normalien ni polytechnicien, il était, comme beaucoup de provinciaux, plus apprécié à l’étranger qu’en France.”

Dans les années 70,  on change de paradigme : le groupe de Vogel est enterré. Néanmoins on note les métamorphoses du calcul. Les instruments sont ainsi nés d’une histoire mathématico-physique expérimentale : qui a connu une période de formalisme puis de définition de ses limites. C’est le théorème des quatre couleurs qui bouscule cette légitimité. Il s’agit du premier théorème, démontré avec l’ordinateur, aux Etats-Unis en 1976. C’est une crise du niveau des “géométries non euclidiennes”, une crise des fondements. Cela pose en effet un certain nombre de questions : qu’est-ce qu’une démonstration ? Qu’est-ce qu’un raisonnement ?

Les années 70 sont une période une transition. 1965 est l’apogée de la “Dynamique théorique” et la crise par rapport à la tutelle du CNRS. C’est une transition d’un modèle “paternaliste”, gaulliste à une politique scientifique pour les « sciences pour l’ingénieur » au CNRS pour réconcilier l’amont et l’aval, la recherche de base et les sciences pour l’ingénieur. L’autorité de ce laboratoire s’impose. Le nouveau projet du laboratoire est de faire un cas d’école et impose une pratique massive de la simulation. Il fait prendre le tournant computationnel : laboratoire procède à l’achat d’un ordinateur et établie la simulation numérique. La machine devient le point de “crispation”. Elle s’impose (d’autorité) dans une pratique de simulation numérique. Il s’agit d’une crise pour ceux qui ne l’accepte pas. Une politique SPI cohérente impose d’en terminer avec la dynamique théorique, non sans problèmes mais avec certains atouts.

Comment s’impose la nouvelle “norme” ? Il s’agit d’un renversement de la situation l’ordinateur qui était jusque là un point de crispation et qui devient l’instrument de légitimation. C’est un choix de nature épistémologique,  économique et politique. Cela bouscule les disciplines. En mathématiques, par exemple, cela modifie l’horizon : de l’administration de la démonstration, en passant par la preuve, l’explication, et l’observation. C’est l’avènement de l’ère “instrumentée” des mathématiques.

En conclusion, on peut dire que l’instrument est à la fois source de légitimité et d’illégitimité. Il s’est imposé dans les années 70 comme une “norme” de pratiques. Enfin, il ne faut pas négliger les dimensions épistémologiques et philosophiques à l’oeuvre (socioconstructivisme tempéré).

Échanges suite à l’intervention

C. Dubois : Comment articuler la question de puissance de calcul et de modélisation? L. Petitgirard : Dans les années 50,  il n’y a pas de puissance computationnelle. Le principe est de créer des modèles qui imitent. Puis-je créer des systèmes qui ont des comportements analogues ? La simulation permet de créer plusieurs types de modèles.

M. Himbert : Sur l’exemple du théorème, quand on observe un phénomène dont on a la réalité explicite sans pouvoir le démontrer c’est que l’on n’a pas dû construire des lois explicatives. Est-on dans une situation dont on n’a pas su créer les concepts mathématiques ou sur une difficulté épistémologique ? L. Petitgirard : Il serait illégitime d’introduire quel que soit de ce résultat. L’instrument est efficient sur ce qu’il est susceptible de produire : c’est là où est l’illégitimité. Aujourd’hui, lorsqu’on programme une machine pour suivre un algorithme, on génère du bruit. Ce n’est donc pas une succession d’algorithmes. Le rapport de confiance doit être établi au niveau du programme et non à la machine.

C. Dubois : qu’est ce cela change dans le travail ? M. Himbert : En pratique, pour prendre l’exemple des sciences de la mesure, le principe qu’on va retrouver c’est l’incertitude. Les mathématiques ne peuvent pas être incertains. Mais tu as évoqué le bruit et cela introduit l’incertitude.

De la salle : Le groupe cherchait-il à être légitimé par la communauté physicienne ou uniquement mathématique ? L. Petitgirard : Le groupe ne prétendait pas à changer de section mais à dialoguer avec autres sections.

Marc Himbert, professeur, chaire de Métrologie, LCM Lne-Cnam : « La mesure apporte-t-elle des « preuves » scientifiques ? ».

Mar Himbert expose d’abord la dimension pratique de son sujet (la mesure, une science, des preuves, un art ?) autour de la mesure et des pratiques en demandant si c’est la science qui apporte des preuves. La mesure est une des activités fondatrice du Cnam (depuis 150 ans) ; elle a d’abord un besoin industriel et constitue l’application principale de la métrologie.

Que faut-il pour parler de mesure ? On associe toujours des valeurs numériques. La mesure nécessite une démarche identifiée, des références, une méthodologie consensuelle pour avoir et inspirer la confiance. En somme, la mesure c’est compter, affecter une grandeur numérique à une valeur.  Kelvin indique d’ailleurs, vers la fin du XIX ème, quand on mesure quelque chose on l’exprime en nombre et cela donne de la connaissance sur cet objet. Il faut commencer par préciser la grandeur. Mesurer c’est également comparer à une grandeur de même nature, prise pour référence. La numération date d’il y a 8000 ans et est né dans le croissant fertile. Il s’agissait de mesurer la teneur d’un élément échangé (prêt). La numération et l’écriture naissent. L’unité de mesure et alors le quantum de numération (origine date de la même époque).

Quand on veut comparer à une référence, d’où vient la référence ? Comment légitimer la référence ? Le processus expérimental va donner l’unité et la grandeur. L’un des éléments premiers dans l’Egypte est la psychostasie. Dans le cadre du droit aux honneurs funéraires, l’âme était mesurée. L’expérience était accompagnée d’un certificat d’étalonnage.  Aujourd’hui, à l’échelle planétaire, il existe infrastructure, à base scientifique et technique, pour rendre accessible à tous des références pérennes, uniformes, le plus exact possible. Cette infrastructure permet les actions comme l’étalonnage d’un objet sur un méridien. Depuis 1983, le mètre est la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant une durée de 1/299792458. C’est une longueur, pas forcément une distance. On croit qu’elle est pérenne, invariable. L’incertitude (démarche expérimentale) fait évidemment partie de cette science. Le comptage dépend de l’environnement et de l’instrument. La méthode doit être validée. L’incertitude est rattachée à un résultat et non à une grandeur.

La métrologie c’est l’art de la mesure. La mesure permet d’organiser des interactions sociales, de favoriser la croissance durable. La mesure fixe les caractéristiques des transactions. C’est un enjeu décisif pour la loyauté (ou la limitation…) des échanges, sources de richesse. La confiance est au cœur de la mesure des transactions. La mesure est l’auxiliaire du droit. C’est un enjeu citoyen, et un enjeu de pouvoir. La mesure exprime et contrôle la performance sportive. Un facteur de confiance au delà de la perception. Ex : faux départ en athlétisme (vibration, 100 ms après le coup de pistolet, oreille aux muscles). Ces éléments pour donner confiance dans le résultat. La mesure est un élément de pacification des interactions sociales qui crédibilise le discours et établit la confiance. La mesure garantit la performance industrielle : efficacité de la conception, efficience de la production. La mesure participe à la santé et au développement durable au travers de l’analyse, l’imagerie, la micromécanique, la biochimie mais également pour la prévention, le diagnostic, la thérapie, la nutrition… La mesure réduit la complexité d’un système. L’appréhension de la mesure a structuré le développement de la pensée scientifique.  Les lois sont construites à partir d’une observation de masse pour des buts de prévision.

On est aujourd’hui confronté au développement du nano système. C’est la prise en compte une nouvelle complexité due à la petite échelle de l’objet. Comparer ces références est impossible car on manque de grandeur pertinente. Les méthodes ne sont pas encore robustes sur des grandeurs pas encore stabilisées. Sur tous ces aspects, on veut réduire la complexité, on a un construit social. Il y a un lien entre mesure et pouvoir, mesure et marché. Le roi de France commence par vendre le droit seigneurial et le droit d’étalonnage. Puis il rachète le droit seigneurial. Le traité qui régit aujourd’hui la métrologie mondiale s’est fait à l’instigation de du Cnam pour la France, 1861 : convention internationale du mètre. On sait aujourd’hui corréler à des grandeurs physiques des systèmes psycho visuels (couleur, texture…). On sait un peu modéliser la vision (on ne voit pas les objets de la même manière suivant l’environnement).

Un mot sur demain. Aujourd’hui le système international est disponible sur pibm.org. Tout peut être exprimé à partir de la longueur, masse, durée, intensité lumineuse, etc. L’Académie des sciences souligne la relativité de la métrologie, qui « suit » les autres sciences. La science deviendrait elle la mesure de toutes choses ? Dans la logique des constantes fondamentales oui. Mais, ce n’est pas « toutes choses » au singulier, nous travaillons sur des objets.


[1] voir Larry Schaaf, Out of the shadows: Herschel, Talbot and the invention of photography (Yale, 1992)

[2] André Gunthert, “Spectres de la photographie. Arago et la divulgation du daguerréotype”, Les Arago, acteurs de leur temps (actes coll.), Perpignan, Archives départementales des Pyrénées Orientales, 2010, p. 441-451 (en ligne: http://culturevisuelle.org/icones/804).

[3] Arago mentionne qu’avec Laplace et Malus il avait, longtemps auparavant et sans succès  tenté de produire une image de la lune sur du papier imprégné de chlorure d’argent ; et que Daguerre aurait aussi réalisé un daguerréotype du spectre solaire. François Arago, « Fixation des images qui se formed au foyer d’une chambre obscure », Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences (CRAS) vol. 8 (7 janvier 1839),  6

[4] voir Erna Fiorentini, « Practices of Refined Observation. The Conciliation of Experience and Judgement in John Herschel’s Discourse and in his Drawings » in: Erna Fiorentini, dir., Observing Nature – Representing Experience. The Osmotic Dynamics of Romanticism 1800-1850 (Reimer, 2007), 19-42 ; Larry Schaaf, Tracings of Light: Sir John Herschel and the Camera Lucida–Drawings from the Graham Nash Collection (University of New Mexico Press, 1991)

[5] Omar Nasim, Observing by hand. Sketching the nebulae in the nineteenth century (Chicago University Press, 2013)

[6] Thomas, op.cit., 195- 197

[7] François Arago, « Le daguerréotype », CRAS vol. 9 (19 août 1839), 263

[8] Arago, op.cit. (note 11),  4-5

[9] André Günthert (op.cit. note 5) ; André Günthert, « La rétine du savant. La fonction heuristique de la photographie. » Etudes Photographiques n.7 (mai 2000), [En ligne], mis en ligne le 18 novembre 2002. URL : http://etudesphotographiques.revues.org/index205.html. Consulté le 03 juin 2013; François Brunet, La naissance de l’idée de photographie (Presses Universitaires de France, 2000)
A la demande de l’intervenante, la vidéo de la présentation de Charlotte Bigg ne sera pas diffusée.


(Légitimations) Mesures de la science 1/5 par HT2S-CNAM


Mesures de la science 2/5 par HT2S-CNAM


Mesures de la science 3/5 par HT2S-CNAM


Mesures de la science 4/5 par HT2S-CNAM


Mesures de la science 5/5 par HT2S-CNAM


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