1. Analyse d'un cas de la méthode utilisé dans les sciences empiriques (méthode hypothético-déductive)








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date de publication18.01.2018
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LES SCIENCES (leurs types) ET LA MÉTHODE HYPOTHÉTICO-DÉDUCTIVE

0. Types de sciences

On peut diviser la recherche scientifique en deux grands domaines : les sciences empiriques et celles qui ne le sont pas (dites aussi "formelles"). Les premières tentent d'explorer, de décrire, d'expliquer et de prévoir les événements du monde dans lequel nous vivons. Leurs énoncés doivent donc être confrontés à l'expérience, et on ne les accepte que s'ils sont confirmés par une évidence empirique. Celle-ci est obtenue de bien des manières : par expérimentation, par observation systématique, par entretien ou par enquête, par des tests psychologiques ou cliniques, par l'examen attentif de documents, d'inscriptions, de monnaies, de vestiges archéologiques, etc. Cette dépendance à l'égard des faits distingue les sciences empiriques de celles qui ne le sont pas, comme la logique ou les mathématiques abstraites, dont on démontre les propositions sans qu'il soit nécessaire d'invoquer l'expérience.

On divise souvent à leur tour les sciences empiriques en sciences de la nature et en sciences sociales. Cette division repose sur un critère bien moins clair que celui que nous invoquions pour distinguer la recherche empirique de celle qui ne l'est pas, et il y a des divergences sur le tracé de la frontière. D'habitude, on met sous la rubrique « sciences de la nature » la physique, la chimie, la biologie et les disciplines adjacentes ; dans les sciences sociales, on inclut la sociologie, la science politique, l'ethnologie, l'économie, l'histoire et les qui leur sont liées. La psychologie est tantôt placée dans l'un des domaines, tantôt dans l'autre, et l'on dit souvent qu'elle est à cheval sur les deux.

Le grand prestige dont jouit aujourd'hui la science est sans aucun doute imputable dans une large mesure au succès impressionnant et à l'extension rapide de ses applications. Bien des secteurs des sciences expérimentales fournissent aujourd'hui une base à des technologies ; ces dernières donnent aux résultats de la recherche scientifique une utilité pratique, alimentent souvent à leur tour la recherche fondamentale en faits, en problèmes et en instruments d'investigation nouveaux.

Outre qu'elle aide l'homme à se rendre maître de son environnement, la science correspond à un besoin qui, pour être désintéressé, n'en est pas moins profond et tenace : le désir d'acquérir une connaissance toujours plus vaste et une compréhension toujours plus profonde du monde dans lequel il se trouve.

1. Analyse d'un cas de la méthode utilisé dans les sciences empiriques (méthode hypothético-déductive).

Pour illustrer de façon simple certains aspects importants de la recherche dans les sciences empiriques, prenons les travaux de Semmelweis sur la fièvre puerpérale. Ignace Semmelweis, médecin d'origine hongroise, réalisa ses travaux à l'hôpital général de Vienne de 1844 à 1848. Comme médecin attaché à l'un des deux services d'obstétrique - le premier - de l'hôpital, il se tourmentait de voir qu'un pourcentage élevé des femmes qui y accouchaient contractaient une affection grave et souvent fatale connue sous le nom de fièvre puerpérale. En 1844, sur les 3 157 femmes qui avaient accouché dans ce service n° 1, 260, soit 8,2 %, moururent de cette maladie; en 1845 le taux de mortalité fut de 6,4 % et en 1846 il atteignit 11,4%. Ces chiffres étaient d'autant plus alarmants que, dans l'autre service d'obstétrique du même hôpital, qui accueillait presque autant de femmes que le premier, la mortalité due à la fièvre puerpérale était bien plus faible : 2,3, 2 et 2,7 % pour les mêmes années. Dans un livre qu'il écrivit ensuite sur les causes et sur la prévention de la fièvre puerpérale, Semmelweis a décrit ses efforts pour résoudre cette effrayante énigme .Il commença par examiner différentes explications qui avaient cours à l'époque, il en rejeta certaines d'emblée, parce quelles étaient incompatibles avec des faits bien établis; -les autres, il les soumit à des vérifications spécifiques.Une opinion très répandue imputait les ravages de la fièvre puerpérale à des < influences épidémiques >, que l'on décrivait vaguement comme des " changements atmosphériques, cosmiques et telluriques " qui atteignaient toute une zone déterminée et causaient la fièvre puerpérale chez les femmes en couches. Mais, se disait Semmelweis, comment de telles influences peuvent-elles atteindre depuis des années l'un des services et épargner l'autre ? Et comment concilier cette opinion avec le fait que, tandis que cette maladie sévissait dans l'hôpital, on en constatait à peine quelques cas dans Vienne et ses environs? Une véritable épidémie comme le choléra ne serait pas aussi sélective. Enfin, Semmelweis remarque que certaines des femmes admises dans le premier service, habitant loin de l'hôpital, avaient accouché en chemin : pourtant, malgré ces conditions défavorables, le pourcentage de cas mortels de fièvre puerpérale était moins élevé dans le cas de ces naissances en cours de route que ne l'était la moyenne dans le premier service.

Selon une autre thèse, l'entassement était une cause de décès dans le premier service. Semmelweis remarque cependant que l'entassement était plus grand dans le second service, en partie parce que les patientes s'efforçaient désespérément d'éviter d'être envoyées dans le premier. Il écarte aussi deux hypothèses dû même genre, qui avaient cours alors, en remarquant qu'entre les deux services il n'y avait aucune différence de régime alimentaire, ni de soins.

En 1846, une commission d'enquête attribua la cause du plus grand nombre des cas de cette maladie survenus dans le premier service aux blessures que les étudiants en médecine, qui tous y faisaient leur stage pratique d'obstétrique, auraient infligées aux jeunes femmes en les examinant maladroitement. Semmelweis réfute cette thèse en remarquant ceci : a) les lésions occasionnées par l'accouchement lui-même sont bien plus fortes que celles qu'un examen maladroit peut causer; b) les sages-femmes, qui recevaient leur formation pratique dans le second service, examinaient de la même façon leurs patientes sans qu'il en résultât les mêmes effets néfastes; c) quand, à la suite du rapport de la Commission, on diminua de moitié le nombre des étudiants en médecine et qu'on réduisit au minimum les examens qu'ils faisaient sur les femmes, la mortalité, après une brève chute, atteignit des proportions jusqu'alors inconnues.

On échafauda diverses explications psychologiques. Ainsi, on remarqua que le premier service était disposé de telle façon qu'un prêtre apportant les derniers sacrements à une pièce réservée aux malades : la vue du prêtre, précédé d'un servant agitant une clochette, devait avoir un effet terrifiant et décourageant sur les patientes des cinq salles et les rendre ainsi plus vulnérables à la fièvre puerpérale. Dans le second service, ce facteur défavorable ne jouait pas, car le prêtre pouvait aller directement dans la pièce réservée aux malades. Semmelweis décida de tester la valeur de cette conjecture. Il convainquit le prêtre de faire un détour, de supprimer la clochette, pour se rendre discrètement et sans être vu dans la salle des malades. Mais la mortalité dans le premier service ne diminua pas.

En observant que dans le premier service les femmes accouchaient sur le dos, et dans le second sur le côté, Semmelweis eut une nouvelle idée: il décida, , de vérifier, bien que cette supposition lui parût peu vraisemblable, si cette différence de méthode avait un effet. Il introduisit dans le premier service l'utilisation de la position latérale, mais, là encore, la mortalité n'en fut pas modifiée.

Finalement, au début de 1847, un accident fournit à Semmelweis l'indice décisif pour résoudre son problème. Un de ses confrères, Kolletschka, lors d'une autopsie qu'il pratiquait avec un étudiant, eut le doigt profondément entaillé par le scalpel de ce dernier et il mourut après une maladie très douloureuse, au cours de laquelle il eut les symptômes mêmes que Semmelweis avait observés sur les femmes atteintes de la fièvre puerpérale. Bien que le rôle des microorganismes dans les affections de ce genre ne fût pas encore connu à cette époque, Semmelweis comprit que la
Semmelweis mit alors son idée à l'épreuve. Il raisonna ainsi: s'il avait raison, la fièvre puerpérale pourrait être évitée en détruisant chimiquement l'élément infectieux qui adhérait aux mains. Il prescrivit donc à tous les étudiants en médecine de laver leurs mains dans une solution de chlorure de chaux avant d'examiner une patiente. La mortalité due à la fièvre puerpérale commença rapidement à baisser et, en 1848, elle tomba à 1,27 % dans ce premier service contre 1,33 dans le second.

Comme confirmation supplémentaire de son idée, ou de son hypothèse, comme nous dirons aussi, Semmelweis remarque qu'elle rend compte du fait que la mortalité dans le second service avait toujours été nettement inférieure: les patientes étaient entre les mains de sages-femmes dont la formation ne comportait pas, en anatomie, de dissections de cadavres.

L'hypothèse expliquait aussi la mortalité plus faible lors des : les femmes qui arrivaient avec leur bébé dans les bras étaient rarement examinées après leur admission et avaient par là même plus de chances d'éviter l'infection.

De même, l'hypothèse rendait compte du fait que les nouveau-nés victimes de la fièvre puerpérale avaient tous pour mère une femme qui avait contracté la maladie pendant le travail; Car alors l'infection pouvait se transmettre au bébé avant la naissance par le sang irriguant la mère et l'enfant, alors que c'était impossible si la mère restait en bonne santé.

D'autres expériences cliniques conduisirent bientôt Semmelweis à élargir son hypothèse. Une fois, par exemple, lui et ses assistants, après s'être désinfecté soigneusement les mains, examinèrent la première une femme en travail, qui souffrait d'un cancer purulent du col de l'utérus; puis ils examinèrent douze autres femmes dans la même salle, après seulement un lavage de routine, sans nouvelle désinfection. Onze des douze patientes moururent de la fièvre puerpérale. Semmelweis en conclut qu'elle peut être causée, non seulement par la matière cadavérique, mais aussi par une .

2. Etapes fondamentales dans la mise à l'épreuve d'une hypothèse

Nous avons vu comment, pour chercher la cause de la fièvre puerpérale, Semmelweis examinait différentes hypothèses qui pouvaient constituer des solutions possibles. Considérons d'abord comment on teste une hypothèse quand elle a été proposée.

Parfois la procédure est très simple. Faisons les suppositions suivantes : des différences d'encombrement, de régime alimentaire ou de soins, rendent compte des différences de mortalité entre les deux services. Comme Semmelweis le souligne, ces conjectures contredisent des faits aisément observables. Il n'y a pas de différences de ce genre entre les services ; les hypothèses sont donc rejetées comme fausses.

Mais d'habitude la mise à l'épreuve sera moins simple et moins directe. Prenons l'hypothèse qui impute la mortalité élevée dans le premier service à la crainte suscitée par l'apparition du prêtre et de son servant. L'intensité de cette peur et, en particulier, ses effets sur la fièvre puerpérale, ne sont pas aussi directement constatables que des différences d'encombrement ou de régime. Semmelweis recourt donc à une méthode indirecte de vérification. Il se demande : y a-t-il des effets directement observables qui se produiraient si l'hypothèse était vraie ? Il raisonne ainsi : si l'hypothèse était vraie, un changement approprié dans la façon de faire du prêtre devrait entraîner une baisse des cas fatals. Il teste cette implication par une expérience simple et la trouve fausse. Il rejette donc cette hypothèse. De même, pour tester sa conjecture relative à la position des femmes pendant l'accouchement, il raisonne ainsi : si cette supposition était vraie, l'adoption de la position latérale dans le premier service réduirait la mortalité. A son tour, la fausseté de cette implication est montrée par l'expérience, et cette supposition est écartée.

Dans les deux derniers cas, la réalisation du test repose sur le raisonnement suivant : Si l'hypothèse considérée, disons H, est vraie, alors certains événements observables (par exemple une baisse de mortalité) devraient se produire dans des conditions déterminées (par exemple si le prêtre ne traverse plus les salles, ou si les femmes accouchent sur le côté) ; ou, en deux mots, si H est vrai, alors I l'est aussi, I désignant un énoncé qui décrit les événements observables auxquels on doit s'attendre. Par commodité, disons que I est inféré de H, ou impliqué par H ; et appelons I une implication vérifiable de l'hypothèse H.

Dans nos deux derniers exemples, les expériences montrent que l'implication vérifiable est fausse, et l'hypothèse est par conséquent rejetée. Le raisonnement qui conduit à ce rejet peut se schématiser ainsi :

2a)

Si H est vrai, I l'est aussi.

Mais (comme les faits le montrent) I n'est pas vrai.

_______________________________________________

Conclusion: H n'est pas vrai.

Tout raisonnement de cette forme, appelé modus tollens en logique , est valide déductivement ; c'est-à-dire que si ses prémisses (les propositions situées au-dessus du trait horizontal) sont vraies, sa conclusion (la proposition écrite sous le trait horizontal) est aussi immanquablement vraie. Donc, si les prémisses de (2a) sont solidement établies, l'hypothèse que l'on teste (H) doit à coup sûr être rejetée.

Considérons ensuite le cas où soit l'observation soit l'expérimentation appuient l'implication vérifiable I. De son hypothèse selon laquelle la fièvre puerpérale est un empoisonnement du sang causé par la matière cadavérique, Semmelweis infère que des mesures appropriées d'antisepsie réduiraient les cas mortels de cette maladie. Cette fois-ci, l'expérimentation montre que l'implication vérifiable est vraie. Mais ce résultat favorable ne prouve pas de façon décisive que l'hypothèse soit vraie, car le raisonnement sous-jacent aurait la forme :

2b)

Si H est vrai, I l'est aussi.

(Comme les faits Je montrent) I est vrai.

___________________________________________

H est vrai.

Et ce mode de raisonnement, que l'on désigne sous le nom d'erreur consistant à affirmer le conséquent, est invalide déductivement, c'est-à-dire que sa conclusion peut être fausse, même quand ses prémisses sont vraies . Cela est effectivement illustré par l'expérience même de Semmelweis. La première version de son interprétation de la fièvre puerpérale comme une forme d'empoisonnement du sang faisait de l'infection par la matière cadavérique l'unique source de la maladie ; et il avait raison de penser que, si cette hypothèse était vraie, la destruction des particules de matière cadavérique par un lavage antiseptique réduirait la mortalité. Bien plus, ses expériences montrèrent que cette implication vérifiable était vraie. Donc, dans ce cas, les prémisses de (2b) étaient toutes les deux vraies. Néanmoins, son hypothèse était fausse, car, comme il le découvrit plus tard, la matière en décomposition d'organismes vivants pouvait, elle aussi, causer la fièvre puerpérale.

Ainsi, le résultat positif d'un test, c'est-à-dire le fait qu'une implication vérifiable inférée à partir d'une hypothèse se révèle vraie, ne prouve pas la vérité de l'hypothèse. Même si plusieurs implications d'une hypothèse ont été confirmées par des tests minutieux, l'hypothèse peut cependant être fausse. Le raisonnement suivant contient encore l'erreur consistant à affirmer le conséquent :

2c)

Si H est vrai, I1, I2,...In le sont aussi.

(Comme les faits le montrent) I1, I2,...In ..., In sont tous vrais.

______________________________________________________

H est vrai.

Cela peut également être mis en lumière grâce à la première version de l'hypothèse finale de Semmelweis. Comme nous l'avons noté auparavant, son hypothèse conduisait également aux deux implications vérifiables suivantes : parmi les patientes admises dans le premier service après avoir accouché en cours de route, le taux de mortalité due à la fièvre puerpérale devait être plus faible que le taux moyen observé dans le service ; et les enfants des mères qui échappaient à la maladie ne devaient pas contracter la fièvre puerpérale ; et ces implications, aussi, furent confirmées par les faits, même si la première version de l'hypothèse finale était fausse.

On remarque que le résultat favorable de n'importe quel nombre de tests ne prouve pas de façon décisive la vérité d'une hypothèse. On verra plus tard que cette phenomène s'appelle "le probléme de l'induction". Cela ne doit pas cependant conduire à penser que soumettre une hypothèse à un certain nombre d'épreuves qui, toutes donnent un résultat positif ne nous avance pas plus que de ne l'avoir soumise à aucun test. Car chacun de nos tests aurait pu avoir un résultat négatif, et aurait pu conduire à rejeter l'hypothèse. Un ensemble de résultats favorables obtenus en mettant à l'épreuve différentes implications vérifiables I1, I2,...In d'une hypothèse montre que, pour autant que l'on s'attache à ces implications particulières, l'hypothèse est fondée ; et, si ce résultat ne fournit pas une preuve suffisante de l'hypothèse, il lui donne au moins quelque appui, il la corrobore ou la confirme, au moins partiellement. La force de cette confirmation dépend de différents aspects de l'hypothèse et des données qui interviennent dans sa mise à l'épreuve.

Considérons à présent un autre exemple qui soulignera d'autres aspects de la recherche scientifique.

Comme on le savait à l'époque de Galilée, et sans doute bien avant, une simple pompe, qui aspire l'eau d'un puits au moyen d'un piston qui s'élève à l'intérieur du corps de la pompe, ne fera pas monter l'eau à plus de 10 mètres 33 au-dessus de la surface du puits. Cette limite avait intrigué Galilée et il en avait proposé une explication qui était néanmoins inexacte. Après la mort de Galilée, son disciple Torricelli avança une nouvelle solution. La Terre, raisonnait-il, baigne entièrement dans un océan d'air qui, en raison de son poids, exerce une pression sur la surface de la Terre ; et, quand celle-ci s'exerce sur la surface de l'eau d'un puits, elle fait monter cette eau dans le corps de la pompe si l'on élève le piston. La hauteur maximum de 10 mètres 33 de la colonne d'eau dans le corps de la pompe correspond simplement à la pression totale de l'air atmosphérique sur la surface de l'eau du puits.

Il est évidemment impossible de déterminer directement, par examen ou par observation, si cette description est correcte : et Torricelli la testa indirectement. Il pensa que si sa supposition était vraie, la pression de l'atmosphère serait aussi capable de faire contrepoids à une colonne de mercure proportionnellement plus courte ; et, puisque le poids spécifique du mercure est environ 14 fois plus grand que celui de l'eau, la hauteur de la colonne de mercure devrait être d'environ 10,33/14 m, soit 76 cm. Il mit à l'épreuve cette implication vérifiable au moyen d'un appareil simple et ingénieux, qui n'était autre, en fait, que le baromètre à mercure. La surface de l'eau est remplacée par un récipient ouvert contenant du mercure ; le corps de la pompe aspirante est remplacé par un tube de verre hermétiquement fermé à l'une de ses extrémités. On remplit complètement le tube de mercure et on en bouche l'extrémité ouverte avec le pouce. On renverse alors le tube, on en plonge l'extrémité ouverte dans la cuve à mercure et on retire son pouce ; la colonne de mercure descend alors jusqu'à ce que sa hauteur soit d'environ 76 cm -— comme l'hypothèse de Torricelli le faisait prévoir.

Pascal eut l'idée d'une autre implication de cette hypothèse que l'on pourrait vérifier. Si le mercure du baromètre de Torricelli, raisonnait-il, fait contrepoids à la pression de l'air sur la surface libre de la cuve à mercure, sa hauteur devrait décroître quand l'altitude augmente, puisque le poids de l'air au-dessus de la cuve devient plus faible. A la demande de Pascal, cette implication fut examinée par son beau-frère, Périer : il mesura la hauteur de la colonne de mercure dans le baromètre de Torricelli au pied du Puy-de- Dôme, montagne de 1600 mètres, puis il transporta avec soin l'appareil au sommet et refit les mesures, tandis qu'un baromètre de contrôle était laissé en bas sous la surveillance d'un aide. Périer trouva que la colonne de mercure au sommet de la montagne était de 7,5 cm plus courte qu'au pied, alors que la hauteur de la colonne dans le baromètre de contrôle était demeurée inchangée tout au long de la journée.

(Carl G. HEMPEL, "Eléments d'épistémologie", pp. 5 à 14. Éd.Armand Colin.Paris, 1971. )

Méthode hypothético-déductive de la science et Induction scientifique

En conclusion, la méthode hypothético-déductive est une méthode scientifique qui consiste à formuler une hypothèse afin d'en déduire des conséquences observables futures permettant d'en déterminer la validité. C'est la méthode propre aux sciences empiriques.

Cette méthode présente quatre étapes fondamentales (que nous pouvons retrouver dans l'exemple de Semmelweis):

1- Éxistence d'un problème réconnu.

2- Formulation de l'hypothèse.

3- Contrastation de l'hypothèse (par observation et/ou expérimentation).

4- Confirmation ou réfutation de l'hypothèse.

Pour que la communauté scientifique accepte une hypothèse comme solidement confirmée il faut répéter l'expériment et/ou les observations de contrastation plusieurs fois ; la répétition d'un expériment (essais singulières repetés), et/ou des observations de contrastation, pour confirmer ou réfuter une même hypothèse s'appelle induction scientifique. L'induction est le complément implicite de toute méthode hypothético-deductive.


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