Intégrité scientifique

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Depuis quelques années un mouvement mondial s’organise pour promouvoir l’intégrité dans la recherche scientifique.

Une réunion de 51 pays à Singapour en 2010 a abouti à la publication d’une déclaration sur l’intégrité de la recherche ». Cette déclaration « vise à inciter les gouvernements, les organisations et les chercheurs à élaborer des normes, des codes et des politiques plus complets pour promouvoir l’intégrité de la recherche à l’échelle locale et mondiale ». En Europe a été publié en 2015 « The European Code of Conduct for Research Intregrity » qui promeut les bonnes pratiques en matière de recherche, mais aussi recense les manquements possibles à l’intégrité.

Une telle convergence mondiale interroge ? La fraude scientifique se généraliserait-elle ; les chercheurs seraient-ils moins rigoureux dans leurs démarches ?

Les fraudes scientifiques dans le passé

La fraude, le plagiat, ne sont pas des inventions modernes (voir “la petite Histoire des grandes impostures scientifiques” de G Harpoutian). Ce sont des pratiques inhérentes à la nature humaine ; la conviction de la justesse de ses intuitions, la soif de reconnaissance, l’appétit pour les honneurs et les postes (surtout, car l’argent intervient surtout à l’époque moderne) ont toujours conduit des scientifiques à des comportements condamnables.

La liste est longue : quelques exemples. Mendel, dans l’élaboration des lois de la génétique, à partir de la reproduction des petits pois, a sciemment éliminé des échantillons qui cadraient mal avec sa théorie (qui elle s’est avérée juste). Pasteur, l’icône française de la recherche au service de l’humanité, ne s’est pas privé de piller les travaux de confrères, « Pasteur donne parfois l’impression de se contenter de vérifier les résultats décrits par d’autres, puis de se les approprier » (P. Debré, biographe de Pasteur). Il s’agit là de manquements qui n’ont pas nui à la qualité de la recherche et de ses résultats.

Quelques figures emblématiques de la recherche ... Toujours intègres ?

Qui est convaincu de la justesse de ses intuitions. Qui a soif de reconnaissance, d’honneurs et de postes ?

NB Il n’y a pas d’intrus

Certaines fraudes ont eu des impacts économiques ou sociétaux considérables. L’exemple de Lyssenko est caricatural. A partir de 1930, avec ses théories fumeuses et ses expériences faussées en agronomie, il a engagé l’agriculture soviétique sous Staline, dans des méthodes désastreuses (et criminelles vu leur impact sur l’alimentation de la population). Plus récemment (2014), une chercheuse japonaise Haruko Obokata a été convaincue d’avoir délibérément fabriqué les données pour la création de cellules pluripotentes, qui aurait révolutionné nombre de protocoles médicaux.

Les motivations de la Fraude

Dans ces exemples, on retrouve les sources classiques de méconduites scientifiques : le moine Mandel, perdu dans son monastère, convaincu de la justesse de sa théorie, a un peu anticipé sur les résultats des protocoles longs et fastidieux de croisement des petits pois. Le tempérament plutôt vaniteux de Pasteur l’a poussé à acquérir, puis défendre son prestige par des moyens douteux. Lyssenko, dont la liste de postes et d’honneurs est aussi longue que le nombre de médailles d’un maréchal soviétique, s’est glissé dans la politique de Staline pour promouvoir une « biologie prolétarienne ». La jeune chercheuse japonaise est plus représentative de l’ère moderne, où la soif de reconnaissance se couple avec des enjeux financiers considérables.

La recherche scientifique aujourd’hui

Les chercheurs du XXIème siècle n’ont rien à envier aux chercheurs du passé en termes de qualités morales (ou de défauts) ; mais le contexte de la recherche a considérablement évolué.

Selon l’Unesco, 7,8 millions de personnes étaient employées à temps plein dans des activités de recherche en 2013 ; en 2014, le nombre d’articles scientifiques inclus dans l’index de citations scientifiques de Thomson Reuters (articles soumis à un comité de lecture avant publication) est de 1 270 425. L’augmentation de la fraude scientifique est d’abord mécaniquement liée à la croissance exponentielle des activités de recherche.

Publish or perish (ou les dérives de la bibliométrie)

« Publish or perish »[1] est plus que jamais le mantra du chercheur moderne. Les chercheurs individuellement et les équipes de recherche sont soumis en permanence à des évaluations, qui conditionnent leur carrière personnelle et l’accès aux crédits et aux équipements. Les nouvelles technologies de l’information ont renforcé cette pression ; d’une part en facilitant la publication, de la conception à sa parution, le document est traité informatiquement, en grande partie par le chercheur lui-même ; la version papier n’apparait qu’en bout de chaîne … et est en voie de disparition.  D’autre part, la digitalisation des publications scientifiques permet d’automatiser leur indexation, la mesure de leur taux de citation, les liens avec autres publications, etc.

De gigantesques bases de données mondiales (3 principales en fait, toutes anglo-saxonnes) recensent toutes les publications et fournissent aux chercheurs et aux laboratoires des indices composites permettant de mesurer et de qualifier (?) le niveau de leurs publications. Les revues scientifiques sont elles-mêmes qualifiées par leur facteur d’impact.

Si ces méthodes bibliométriques permettent de détecter les chercheurs ou équipes peu productifs, elles sont peu sensibles à la qualité des publications, notamment celles qui ont une durée de vie longue. Est-ce que Einstein aurait un bon h-index ? Un article co-signé par lui (EPR) en 1935, est resté relativement ignoré pendant 25 ans, avant de devenir l’un des plus cités dans l’histoire de la physique ; il serait passé entre les mailles des filets bibliométriques.

En revanche, on peut repérer des auteurs chevronnés (souvent responsables d’équipe de recherche), co-signant une centaine ou plus de publications par an (“Un chercheur est sur le déclin quand il a le temps de lire les articles dont il est l’auteur” Fluide glacial, Mars 2011, N° spécial sur la Science) ; inversement, un récent papier sur la découverte du Boson de Higgs au CERN a plus de 5 000 auteurs…

Les dérives de la bibliométrie

Les dérives de la bibliométrie sont bien documentées et peuvent conduire des chercheurs à flirter avec les limites de l’intégrité ; du véniel au plus grave dans la liste des « péchés » :

  • « Saucissonnage » de la publication du travail en plusieurs publications
  • Auto-plagiat : reprendre une partie de ses propres travaux antérieurs sans le signaler
  • Plagiat : utiliser des résultats d’autres publications sans les citer
  • Ne pas citer les travaux des concurrents (pour ne pas améliorer leur index)
  • Plus généralement, incitation à publier des résultats préliminaires et insuffisamment étayés.

Le nombre d’articles rétractés après publication s’accroît considérablement : en valeur absolue, un auteur (Fang 2012) en a relevé environ 460 pour des cas de fraude, 180 pour des erreurs, 150 pour plagiat et 200 pour duplication ; en valeur relative entre 1995 et 2015, le pourcentage de retraits pour fraude a doublé.  Cela représente une infime partie des articles publiés ; est-ce la partie émergée de l’iceberg des cas non détectés ? Cette évolution résulte aussi d’une vigilance accrue des éditeurs et de l’action de groupes indépendants de chercheurs (par exemple, www.retractionwatch.com).

Et l’argent dans tout cela !

Les tensions et tentations des chercheurs vis-à-vis de l’intégrité scientifique résultent aussi de l’explosion du coût des équipements et du personnel nécessaires pour rester compétitif. La plupart des financements résultent de contrats avec des organismes publics (nationaux et européens) ou privés. Un contrat – même limité à l’obligation de moyens et non de résultats- oblige vis-à-vis du financeur.

Quelle allégorie pour la Science moderne ?

La capacité d’une équipe à obtenir de nouveaux financements est souvent gagée sur sa « réussite » dans les projets antérieurs en termes de publications, d’exposés dans les conférences internationales, de brevets ou de licences.

La recherche de financements peut être source de conflits d’intérêts. Elle peut mettre les chercheurs dans une situation où leur liberté intellectuelle. Leur jugement scientifique ou la conduite de leurs recherches peuvent être indûment influencés par la nécessité de ne pas mettre en danger les ressources de leur laboratoire, très exceptionnellement leurs propres ressources.

La mise en œuvre de l’intégrité scientifique est bien une nécessité

Le vaste mouvement mondial évoqué ici, vers une plus grande conscience et mise en œuvre de l’intégrité scientifique, correspond bien à une nécessité. Vu la place qu’occupe la recherche scientifique dans le monde moderne et son impact considérable sur l’économie et la société. Sans stigmatiser les jeunes doctorants ou chercheurs, des actions de sensibilisation doivent les viser en premier, car ils ont en main l’avenir de la Science. Mais aussi parce que enfants de l’ère numérique, ils ont parfois acquis une perception toute relative des droits de la propriété intellectuelle dans leur recherche d’informations sur le Web ou le téléchargement de musique et de films.

Ce thème a fait l’objet d’un article dans le N° 69 de la revue Place Publique

[1] “Tu publies ou tu meurs »

Le XXIème siècle et ses peurs

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La Science fait plus peur que rêver, mais peut-elle nous sauver des dangers qui nous menacent ?

Francis Bacon, scientifique et philosophe du XVIème siècle avait une vision optimiste du progrès humain, progrès apparemment sans limites, où la Science et les technologies permettraient de « connaître les causes et les mouvements secrets des choses et de reculer les frontières de l’empire de l’homme sur les choses, en vue de réaliser toutes les choses possibles » 

S’il revenait en ce début du XXIème siècle, Francis Bacon pourrait s’émerveiller que l’Humanité a réalisé la plupart de ses rêves : la Science a éclairé les « mouvements secrets » de l’Univers jusqu’à ses ultimes limites spatiales et temporelles ; la Technologie -fille de la Science- a multiplié l’ « empire » de l’Homme sur son environnement et sur lui-même …

Le traitement de la pandémie de la COVID 19 (voir Covid & Opinion) est une illustration récente de cet « empire » de la Science : établir le code génétique d’un virus, mettre au point des vaccins et les délivrer à des milliards d’individus, dans un délai de 2 ans, est l’aboutissement inouï de siècles de recherches fondamentales et de développements technologiques.

Et pourtant … Et pourtant, la Science a révélé la fragilité de l’Humanité sur sa petite planète bleue, perdue (mais pas seule) au milieu des infinis du cosmos…

Aujourd’hui la Science fait plus peur qu’elle ne fait rêver (voir le post opinion et science ) ; elle est accusée d’être la source de problèmes qu’elle cherche ensuite à résoudre ; jamais, la capacité de l’Humanité à maîtriser les conséquences de ses « progrès » (énergie nucléaire, génétique, nanotechnologies, …) n’a été autant mise en question.

Jamais l’avenir de l’humanité n’a paru aussi incertain.

Alors la Science est-elle la cause et/ou le remède à nos problèmes actuels ? Et que faire : faut-il arrêter la Science ? Gouverner (contrôler) la Science ? Gouverner par la Science ?

Un cycle de conférences organisées pour l’UP de Nantes, présente le regard d’un scientifique sur ces vastes problèmes :

  • à Machecoul, le 25 février 2022
  • à Blain, le 12 octobre 2021

On trouvera en cliquant sur les boutons ci-dessous, la présentation projetée lors de ces conférences (la version Powerpoint, plus dynamique, nécessite le logiciel du même nom)

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On trouvera aussi la version 2019 de la conférence.

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Science et opinion – les enjeux

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La position de l’opinion publique vis-à-vis de la Science est devenu un enjeu majeur des débats de société actuels.

Au XXIème siècle, l’opinion publique, créée ou relayée par les réseaux sociaux, établit ou défait les réputations. Elle influe sur les orientations politiques et peut se matérialiser par des mouvements de foule de grande ampleur.

Avant le XXème siècle

Jusqu’au XIXème siècle, la Science était une affaire de spécialistes qui n’intéressait qu’une petite minorité, même si la rédaction de l’Encyclopédie par Diderot, d’Alembert et autres fut un premier effort de « vulgarisation ». La célèbre citation « La République n’a pas de besoin de savants » qui “justifiait” le passage à la guillotine de Lavoisier en 1793, est sans doute apocryphe, mais pourrait illustrer le manque de considération pour la science de la société d’alors . La révolution française a toutefois promu des aventures scientifiques comme la mise en place du système métrique décimal ou poursuivi le financement de la mesure (du quart) du méridien terrestre pour fixer la longueur du mètre.

Au XIXème siècle, est apparue une forme de professionalisation de la recherche scientifique, par exemple, la création de postes de professeurs-chercheurs dans les Ecoles françaises comme Polytechnique ou le développement des universités allemandes -comme l’Université de Berlin, formatée par von Humboldt- et qui allait devenir le modèle des universités dédiées à la recherche.

L’évolution de la Science et de la technologie

La fin du XIXème siècle et le début du XXème ont vu les campagnes se couvrir de voies ferrées, les villes d’abord puis les villages s’électrifier, les usines se multiplier et embauchant des milliers (millions) d’anciens campagnards, les premiers avions voler… Révolution inouïe qui prend sa source directement dans les découvertes de l’électricité et du magnétisme, de la puissance motrice de la vapeur puis du moteur à explosion… et qui a démontré l’impact rapide et majeur de la Science sur l’économie et la société.  Aux Etats-Unis, Edison fut le premier à « industrialiser » le processus qui conduit des recherches scientifiques fondamentales aux applications technologiques. En schématisant, la Science apparaissait comme source du Progrès auprès de l’opinion, avec des images de savants entièrement dévoués au bien de l’humanité, tels Pasteur ou Marie Curie.

La rupture du XXème siècle

Les chimistes de la première Guerre mondiale allait ternir cette image avec les gaz de combat. La révolution technologique du début du siècle et la première guerre mondiale ont convaincu les politiques que la Science et ses applications étaient des affaires trop sérieuses pour les laisser aux seules mains des scientifiques. On commence à allouer des budgets publics, souvent sous couvert du budget de la Défense Nationale ; signe des temps, en 1936, sous le Front Populaire, Irène Joliot (fille de Marie Curie) devient la première « sous-secrétaire d’Etat à la Recherche Scientifique ». La mise au service de la Science allemande de l’armée hitlérienne, puis le gigantesque programme militaro-scientifique américain « Manhattan » ayant conduit à la première bombe atomique, ont définitivement installé la Science et ses applications dans le domaine politique.

Quelle allégorie pour le savant au 20 ème siècle

L’image du savant : de l’icone du “sauveur de l’Humanité, au Docteur Folamour ou à l’oncle Picsou ?

 Désormais, en raison des personnels et des équipements qu’elle nécessite, la recherche scientifique est devenue dépendante des financements publics, puis privés. On est passé en moins de 2 siècles, de Lavoisier établissant les fondements de la Chimie pendant ses loisirs et sur ses propres deniers, au CERN à Genève qui mobilise des milliers de chercheurs avec un budget annuel (hors construction) de 1,5 Milliard d’euros.

Dans un tel contexte, le soutien de l’opinion publique est devenu crucial, d’abord des électeurs qui peuvent élire des députés plus ou moins sensibles aux enjeux scientifiques ; mais aussi des donateurs privés comme dans le Téléthon pour la recherche médicale, dont le succès dépend de l’adhésion du public aux projets à financer.

Une conférence “Science et Opinion” a été présentée à l’Université permanente de Nantes, dans le cycle du mercredi 2018-2019. La version audio peut-être écoutée en regardant le fichier pdf ou le fichier Powerpoint des transparents présentés ce jour-là

Une vérité scientifique

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Le tabac est une cause de cancer : une vérité scientifique

Une “vérité” scientifique est le résultat d’un certain nombre d’étapes franchies au sein de la communauté scientifique (voir la page La vérité scientifique ? ). Le lien entre le tabac et le cancer a été assez vite pressenti au début du XXème siécle ; il est devenu une “vérité scientifique” par un long processus perturbé par le lobbying des industriels du tabac.

Un exemple de démarche scientifique

Les recherches sur le tabac et le cancer ont donc franchi toutes les étapes aboutissant à une vérité scientifique :

  • Premiers travaux publiés dans des revues après analyse critique par les pairs
  • Le fait scientifique dans les années 1950 est établi par des travaux indépendants aboutissant aux mêmes conclusions et une étude statistique de grande ampleur parmi les médecins anglais. Le mécanisme par lequel la fumée du tabac favorise le cancer n’est pas clairement établi.
  • La vérité scientifique est établie après que les études statistiques de corrélation sont confirmées par des analyses in vitro et in vivo du rôle des différents composants de la fumée de tabac et une mise en évidence de la relation doses/effets.

La vérité scientifique ?

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Existe-t-il une vérité scientifique à laquelle l’opinion publique peut se fier dans les débats de société actuels?

Des exemples de vérité scientifique

L’existence du génome, la loi de gravitation universelle de Newton, le modèle copernicien du système solaire, la tectonique des plaques…  sont des vérités scientifiques. Ce sont des faits ou lois scientifiques reconnues par la communauté scientifique, testables dans tous les laboratoires et rendant compte de nombreuses observations (voir la section ” Comprendre le monde moderne .. débutant “).  Les vérités scientifiques ne sont pas éternelles : le public a raison en ce sens. Car de nouvelles observations, de nouvelles expériences peuvent remettre en cause les théories établies. Mais toute nouvelle vérité -comme dans les poupées russes- devra rendre compte de toutes les observations de l’ancienne. 

Par exemple, la relativité générale développée par Einstein ne contredit pas la théorie de Newton, mais l’englobe dans un cadre plus général. La théorie d’Einstein rend compte d’observations, inexplicables par la théorie de Newton. Inversement, l’intuition de la dérive des continents (tectonique des plaques) publiée solitairement par Wegener en 1912, n’est devenue une vérité scientifique des dizaines d’années plus tard. Lorsque l’accumulation des observations et le développement des connaissances fondamentales sur la physique du globe terrestre, ont convaincu la communauté scientifique. 

Mais tout ce qu’un scientifique dit ou publie dans son domaine de compétences n’est pas une vérité scientifique. La publication d’un résultat d’une expérience n’entraine pas que les conclusions emportent l’adhésion de la communauté scientifique.

Les étapes vers la vérité scientifique

La figure ci-dessous expose les étapes vers l’établissement d’une vérité scientifique. A gauche en vert, les critères positifs pour franchir les différentes étapes. A droite, en rouge, les obstacles dans l’établissement de la vérité.

Etapes de la démarche vers la vérité scientifique
Les étapes de la recherche vers une vérité scientifique (au milieu), les pratiques “vertueuses” en vert à droite , les freins et biais en rouge à droite

Des exemples de démarche

Comprendre le monde moderne… avancé

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Née au début du 20ème siècle, la mécanique quantique est à la base des technologies actuelles : des télécommunications à l’informatique. Avec l’ordinateur quantique, elle peut révolutionner notre avenir. Les présentations suivantes vont vous permettre de mieux comprendre cette théorie scientifique très efficace, mais qui défie toute représentation mentale.

Les vidéos du cours sont disponibles sur la chaîne YouTube “La Science de Bernie“; Saison 2 ” La mécanique quantique“. A la fin de chaque chapitre, les boutons pdf, ppt et vidéo donnent accès aux différentes ressources :

  • pdf : présentation sans animations
  • ppt : présentation lisible avec Powerpoint, avec animations et effets dynamiques
  • vidéo : vidéo accessible sur YouTube

Un manuel de survie mathématique pour découvrir ou retrouver les bases mathématiques utiles à la compréhension du cours: en version pdf, version powerpoint.

A la fin de cette page, on trouvera une bibliographie sommaire pour aller plus loin.

Le classement des théories quantiques et relativistes

Les grands domaines de physique se classent selon la taille des objets en considération et de leur énergie (vitesse). Le cours traite principalement de la mécanique quantique non relativiste.

La Mécanique Quantique s’est considérablement développée tout au long du XXème siécle, mais elle pose toujours des problèmes quasi-philosophiques non résolus sur la nature du Réel. Elle s’appuie sur tous les développements de la Mécanique “classique” qui, de Galilée/Newton à Maxwell/Poincaré, en a créé les bases intellectuelles et mathématiques. pour commencer regardez la bande-annonce de cette partie du cours.

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Bande Annonce

Ch I – Prolégomènes

Galilée peut être considéré comme l’un des fondateurs de la Physique moderne. La mécanique classique a été formalisée par Newton pour le mouvement des planètes. La mécanique de Newton, est basée sur la notion de force à distance ; proche de la représentation que l’on peut se faire des systèmes.

Les bases épistémologiques de la mécanique quantique

Les limites de la mécanique newtonienne ont été dépassées au XVIIIème et XIX ème siècles par les formalismes de Lagrange et de Hamilton, basés sur des principes très généraux (comme le principe de moindre action). Ces principes plus abstraits se sont révélés plus adaptables aux nouvelles théories émergentes comme la Relativité ou la Mécanique Quantique.

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Ch II-a – Les objets classiques

Sans la réduire à cela, la mécanique classique a étudié, jusqu’à la fin du XIXème siècle, les propriétés de 2 grandes catégories d’objets : les corpuscules et les ondes.

Caractéristiques fixes et variables des objets classiques

Les propriétés fixes des particules classiques sont déterminées par leur lien avec les 2 interactions fondamentales connues alors : la gravitation universelle et l’électro-magnétisme.

Nous classifions leurs propriétés statiques et dynamiques en lien avec les 2 interactions fondamentales connues alors : la gravitation universelle et l’électro-magnétisme. Ceci en vue de leur comparaison avec les objets quantiques du chapitre suivant.

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Ch II-b – Les objets quantiques

Les propriétés statiques et dynamiques des objets quantiques sont présentées en lien avec les 4 interactions fondamentales (gravitation, électromagnétisme, nucléaire fort et nucléaire faible).

Les observables déduites de la fonction d'onde

La notion de fonction d’onde est centrale avec la dualité onde-corpuscule. Les propriétés de symétrie des fonctions d’onde introduisent les 2 familles de bosons et de fermions, avec le principe d’exclusion de Pauli pour les fermions.

Les propriétés statiques des objets quantiques sont définies à partir de leur réponse aux 4 forces fondamentales et de leurs symétries internes (comme le spin). Le modèle standard des particules élémentaires – le plus abouti à ce jour- permet de dresser la table des constituants élémentaires de l’Univers.

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Ch III – Les états liés – lasers

Les états liés des particules (ou états confinés pour être en accord avec la situation de mars 2020) caractérisent les particules qui occupent une région limitée de l’espace. Les contraintes qui en résultent sur la fonction d’onde imposent que l’objet ne peut occuper que des états d’énergie discrets (quantifiés). C’est le cas en particulier des nucléons (protons et neutrons) dans les noyaux atomiques et des électrons dans les atomes. Les états quantifiés de l’atome sont à l’origine de leurs propriétés d’émission et d’ absorption de la lumière (visible ou invisible), et donc de l’effet laser.

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Ch IV – Equations d’onde – Schrödinger

La plus connue des équations permettant le calcul de la fonction d’onde d’un objet quantique est l’équation de Schrödinger. Elle est valable pour les objets ayant une masse non nulle et d’énergie non relativiste. La résolution de cette équation permet de décrire par exemple l’effet tunnel ou les niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène. L’analyse de l’expérience des fentes d’Young permet d’aborder la dualité onde-corpuscule.

Le penseur de Rodin s'interrogeant sur les différentes interprétations de la Mécanique Quantique
Les différentes interprétation de la Mécanique quantique

Bien que techniquement très développée, la Mécanique quantique pose toujours des problèmes d’interprétation ; en particulier le phénomène de réduction de la fonction d’onde lors d’une mesure en laboratoire.

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Supplément au Ch IV – Equations d’onde – solutions de l’équation de Schrödinger

Le supplément présente des calculs détaillés de solutions de l’équation de Schrödinger. D’une part, l’oscillateur harmonique à une dimension, solution qui permet d’aborder les opérateurs de création et d’annihilation nécessaires pour aborder la seconde quantification. D’autre part, à trois dimensions, la classe des solutions pour les potentiels centraux (à symétrie sphérique) qui introduit les harmoniques sphériques et leurs propriétés de base.

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Ch V – Les systèmes d’objets quantiques

Des propriétés nouvelles émergent lorsque l’on associe des particules quantiques dans des systèmes. Quels sont les liens des forces effectives intervenant dans les sytèmes complexes avec les interactions fondamentales ? C’est le cas notamment des nucléons dans le noyau atomique ou les électrons dans les atomes ou les semiconducteurs (systèmes de fermions).

Niveaux hiérarchiques de complexité
Liens entre les interactions dans les systèmes complexes avec les interactions fondamentales

La supraconductivité est reliée aux propriétés des systèmes de bosons à basse température. Enfin le phénomène d’intrication quantique -outre les problèmes d’interprétation qu’il pose- est à la base des technologies émergentes comme l’ordinateur quantique ou la cryptographie.

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Ch VI – Au-delà de Schrödinger

Malgré ses succès, l’équation de Schrodinger souffre de sévères limitations. Elle n’est pas compatible avec la Relativité restreinte, (basse énergie) ; les champs de forces dans lesquels se meuvent les objets quantiques sont eux traités de manière classique.

Depuis cent ans, des efforts inouïs ont été faits pour élaborer une théorie globale capable de traiter l’infiniment petit à toutes les énergies. Les théoriciens butent toujours sur le mariage de la Relativité Générale et de la Mécanique Quantique – la fameuse théorie du Tout – essentielle pour étudier les débuts de notre Univers (Big Bang).

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Ch VII – La mesure du monde

La relativité générale et la mécanique quantique donnent deux visions du monde physique, basées sur un ensemble restreint de principes, de symétries et d’équations. Ces 2 théories unitaires dépendent de grandeurs fondamentales que l’on ne peut calculer qu’à partir de l’expérience.

La dynamique de l’Univers – et sa capacité à générer des êtres vivants- dépend de manière critique de ces paramètres fondamentaux. Se pose la question fondamentale : sommes-nous un accident ou un objectif de cet Univers.

Le dieu de Michel-Ange ajustant les paramètres de l'Univers
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Annexe – Boîte à outils

La mécanique quantique repose sur des outils mathématiques très sophistiqués. Un manuel de survie mathématique pour découvrir ou retrouver les bases mathématiques utiles à la compréhension du cours: en version pdf, version powerpoint.

Bibliographie

Exposés des principes et méthodes de la mécanique quantique

Ouvrages plus généraux et épistèmologiques

Comprendre le monde moderne … débutant

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Ondes, énergie, temps et espace, mécanique quantique sont 4 domaines de la physique, qui font l’objet de débats dans nos sociétés modernes.

Les présentations sont des supports d’exposés oraux qui traitent des Ondes (en lien avec les débats actuels sur le développement des objets connectés (téléphones mobiles, compteurs Linky, etc.); de l’énergie avec les recherches actuelles de ressources pérennes et non-polluantes et de l’entropie dont le CO2 dans l’atmosphère est la manifestation la plus éclatante ; les Relativités qui- sans bouleverser notre quotidien- nous éclairent sur l’histoire de notre Univers ; enfin la Mécanique Quantique qui est à la base de nos sociétés et de notre économie et pose des problèmes non résolus à l’entendement humain.

Des vidéos sur ces thèmes sont accessibles sur la chaîne YouTube (bouton ci-dessous, n’hésitez pas à vous abonner). Une bibliographie sommaire est accessible à la fin de la page.

Une présentation du cours est accessible ci-dessous et via le le bouton :

La Science de Bernie – sciences de l’actualité
Présentation et plan du cycle de conférences

Chapitre 1 Les Ondes

Quels sont les principaux types d’ondes ? Comment les caractériser ? Comment agissent-elles sur la matière, sur le vivant ? Sont-elles dangereuses ou bénéfiques ? Existe-t-il des ondes encore inconnues ? Voilà les questions abordées dans ce chapitre.

Présentations accessibles par les liens suivants

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Les ondes sont émises ou absorbées de manière ordonnée ou désordonnée

Une conférence grand public de janvier 2022 traite de cette question, on trouvera les textes et vidéo de cette conférence à la page : ” Les ondes, la 5G et nous “.

Chapitre 2 l’Energie… et l’entropie

Une fois exposées les différentes formes de l’énergie et ses lois de conservation, nous définirons des critères de qualité. La concentration et la disponibilité dans l’espace sont essentielles.

Mais pourquoi le rendement des moteurs thermiques est-il limité alors que celui des moteurs électriques tend vers 100% ? L’entropie caractérise la facilité (ou plutôt la difficulté) des différentes sources à mobiliser leurs énergies, et plus généralement leur degré de désordre. La chaleur apparait comme la forme la plus entropique -donc- dégradée des différentes énergies.

La croissance inéluctable de l’entropie des systèmes isolés se traduit à notre échelle par la flèche du temps.

Et si la crise de l’énergie de la planète était d’abord une crise de l’entropie ? Pour en savoir plus : le cours en version pdf ou en version ppt.

Bilan d’énergie de la planète
Un corps humain- une entropie extrêmement basse

Une conférence grand public de janvier 2022 traite plus spécifiquement de la crise de l’énergie en 2022, on trouvera les textes et vidéo de cette conférence à la page : ” La crise de l’énergie “.

Chapitre 3 Le Temps et l’Espace (les relativités)

La détection des ondes gravitationnelles a fait récemment la une des journaux. Une “photo” d’un trou noir a été publiée (en fait une reconstitution en fausses couleurs des ondes radios émises par l’environnement du trou noir). Ce sont des preuves éclatantes de théories élaborées au début du XXème siècle; respectivement la relativité restreinte et la relativité générale.

Ces théories -au départ purement spéculatives- démontrent l’unité du Temps et de l’Espace, qui ne sont pas des entités immuables. Einstein a démontré que l’énergie conditionne le Temps et l’Espace et réciproquement. Ces théories permettent d’écrire l’histoire de l’Univers presque depuis son début (Big Bang) et de dessiner différents scénarios de son futur.

Pour en savoir plus : le cours en version pdf ou en version ppt.

Les 4 acteurs de la Physique, unifiés en Relativité Générale

Chapitre 4 Le monde de l’infiniment petit

La mécanique quantique, élaborée au début du siècle dernier, est une théorie physique extrêmement efficace pour prédire le comportement de l’infiniment petit et développer les technologies à la base de notre société (téléphonie, télévision, internet, etc.).

Mais elle pose des problèmes non résolus sur la nature du monde réel. A partir du modèle de Schrödinger, valable aux basses énergies, un demi-siècle d’efforts des théoriciens pour rendre la théorie valable à toutes les énergies, et surtout compatible avec la relativité générale n’ont pas encore abouti.

Pour en savoir plus : en version pdf ou en version ppt.

Et pour en savoir beaucoup plus, voir le cours avancé qui ne traite que de la mécanique quantique.

Bibliographie sommaire

RÉFÉRENCES GÉNÉRALES

Les ondes

Energie et entropie

Le Temps et l’Espace – Relativité Générale

La mécanique Quantique