Schématiquement, c’est à la fin de ma thèse de chimie (soutenue en décembre 2006) que des questionnements épistémologiques à propos de ‘l’équation de base’ de la cinétique chimique m’ont amené à me plonger assez sérieusement dans l’histoire et la philosophie des sciences. Cette ‘équation de base’ est bien sûr la loi de van ’t Hoff, celle qui régit la vitesse des réactions chimiques.  Pourquoi donc ces questions ?… Tout simplement parce que les résultats de mes travaux de thèse m’ont poussé à ça ! Quelques explications s’imposent donc là.

J’ai énormément utilisé un procédé de polymérisation, appelé polymérisation RAFT, durant ma thèse. Le procédé RAFT est un type spécial de polymérisation radicalaire en chaîne : sans un ingrédient supplémentaire qu’on ajoute pour faire de la polymérisation RAFT, on dit qu’on fait une polymérisation ‘conventionnelle’. La synthèse de ce type d’ingrédient supplémentaire – qu’on appelle un ‘agent de transfert de chaîne’ – a constitué une bonne partie de mes travaux de thèse. Or il se trouve que personne ne comprend réellement pourquoi la vitesse de polymérisation est (la plupart du temps) plus lente durant une polymérisation RAFT en comparaison avec une polymérisation conventionnelle : si on applique la loi de van ’t Hoff au mécanisme réactionnel connu d’une polymérisation RAFT, on tombe sur la même équation que lors d’une polymérisation conventionnelle : en gros, comme ce sont des équilibres chimiques qui se mettent en place, il y a plein de termes qui se simplifient et on retombe sur l’équation ‘classique’. Personnellement je trouvais ça un brin étrange de ne pas trouver trace du mécanisme complexe de la RAFT dans le résultat final, car ça heurtait ma compréhension ‘intuitive’ du procédé ; Mais comme il faut bien sûr se méfier (bien souvent) de l’intuition première en science, je ne m’étais initialement pas attardé sur ce léger désagrément. Bref, en théorie c’est censé aller aussi vite qu’une polymérisation conventionnelle, mais en pratique on constate qu’un polymérisation RAFT est (souvent) bien plus lente ! C’est ce qu’on appelle en anglais un ‘retardation phenomenon’, ce que l’on peut traduire par ‘phénomène de retard’. Entre 2000 et 2006, deux équipes de recherche se disputaient la résolution de ce phénomène en donnant chacune leur explication possible en modifiant le mécanisme réactionnel (ou en contraignant certaines de ces constantes de vitesses) : deux hypothèses assez différentes étaient alors en jeu. Mais à force de tomber sur des résultats expérimentaux qui n’allaient ni dans le sens d’une des hypothèses ni dans le sens de l’autre, un consensus ‘mou’ se mit en place dans la communauté des polyméristes à partir de 2006 : probablement qu’il fallait envisager la conjonction des deux hypothèses en même temps pour comprendre le ‘phénomène de retard’.

Or de mon côté, sans m’intéresser initialement à la cinétique de la polymérisation RAFT, me voilà confronté durant mes travaux de thèse (fin 2005) à des vitesses de polymérisations RAFT encore plus lentes (en comparaison avec une RAFT disons ‘classique’… donc déjà plus lente qu’une polymérisation conventionnelle) ! C’est en essayant de comprendre ce ‘phénomène de sur-retard’ (ou ‘over-retardation’ en anglais) que je rentre alors dans le débat en présentant un poster dans un conférence internationale (poster en haut à droite sur cette page) puis en publiant l’article correspondant dans une revue scientifique. Ce qui n’est pas dit explicitement dans ces deux publications, c’est le fait que ces résultats mettent à mal, selon moi, le consensus ‘mou’ du moment (mais c’est quand même bien écrit noir sur blanc dans mon manuscrit de thèse en pages 158 et 159). En bref, d’après moi, on pas même plus le début d’une piste d’explication au ‘phénomène de retard’ !
Comme je fais confiance en la compétence de mes pairs de la discipline mais que ça fait quand même 6 ans qu’ils essayent de modifier (un peu dans tous les sens) le mécanisme réactionnel de la polymérisation RAFT sans obtenir aucun résultat probant au final, j’ai considéré qu’il fallait chercher dans une autre voie. Et me voilà alors à me poser une question… que je ne savais pas encore être, en quelque sorte, une question d’hérétique (vis-à-vis de ce que j’apprendrai être le paradigme des polyméristes) : est-ce que la loi de van’t Hoff convient vraiment pour décrire le procédé RAFT ? … et de continuer logiquement sur la question suivante : mais au fait, d’où elle vient cette loi ? C’est probablement les premières questions épistémologiques que je me suis posé vraiment sérieusement dans mon activité de recherche … avant même de savoir ce qu’était l’épistémologie et que ce champ disciplinaire existait !

Bref, après quelques brèves recherches sur internet, me voilà à la BU de l’Université Lyon 1 à la recherche d’un exemplaire de « Etudes de dynamique chimique » par Jacobus Henricus van ‘t Hoff publié en 1884. Bref, c’est une bien vieille loi et il se trouve que J.H. van ’t Hoff a reçu le premier prix Nobel de chimie en 1901 pour (entre autres) ces travaux-là. Néanmoins, à la fois cette ancienneté et cette reconnaissance n’empêchent pas le caractère totalement empirique de la loi cinétique de van ’t Hoff. Le principe d’une loi empirique est qu’elle marche tant qu’elle marche… mais le jour où elle n’a pas l’air de bien décrire un phénomène atypique, il est alors tout à fait légitime de se demander si on ne serait pas sorti du domaine de validité de cette loi (et donc il est aussi légitime de tenter d’en chercher une autre plus appropriée à ce phénomène ‘résistant’). Le petit souci est qu’on n’apprend jamais au cours de la formation de chimiste ni ce caractère empirique de la loi de van ’t Hoff, ni quelles sont les limites épistémologiques d’une équation empirique. Personnellement, un léger intérêt de ma part pour la philosophie depuis la classe de Terminale faisait que j’étais un peu sensibilisé à quelques notions de philosophie des sciences (par quelques lectures en autodidacte, mais aussi ayant suivi le petit module d’histoire et philosophie des sciences proposé par mon école doctorale). Pour la petite histoire, la phrase mis en exergue en bas de page de ce présent site web se trouvait déjà en épigraphe de mon manuscrit de thèse.
Par ailleurs, j’avais été frappé dans les travaux originaux de J.H. van ’t Hoff de l’absence de définition des constantes de proportionnalité dans la présentation de sa loi (les fameuses ‘constantes de vitesse’, usuellement notée k_x). Ce n’est pas forcement surprenant pour une équation empirique, mais ça révélait bien l’absence de volonté de l’auteur à donner une réelle signification chimique/physique à ces constantes de vitesse k_x : c’étaient juste des constantes de proportionnalité reliant la vitesse de réaction aux concentrations en réactifs, et c’est tout. J’avoue avoir été quelque peu déçu par cette constatation.

Je cherchais alors à donner un certain sens physique à ces constantes de vitesse dans le cas précis de la polymérisation radicalaire. En alliant cette recherche avec une compréhension tout personnelle et ‘intuitive’ du mécanisme de la polymérisation RAFT, je poussais le vice jusqu’à proposer une nouvelle équation de cinétique chimique pour les cas des réactions en chaînes : il se trouve que la loi de van ’t Hoff devient alors une approximation parfaite de cette nouvelle équation dans le cas d’une polymérisation conventionnelle, par contre, dans le cas d’un polymérisation RAFT il y a bien des termes supplémentaires non négligeables. Je confronte alors cette équation aux données cinétiques expérimentales de la littérature… et ça marche vachement bien ! Tout confiant, comme je suis dans la période de rédaction de mon manuscrit de thèse, je rédige alors une annexe d’une vingtaine de pages où je tente (assez maladroitement je dois l’avouer avec le recul des années) d’expliquer ma démarche et l’utilisation de la nouvelle loi cinétique pour mieux comprendre le procédé RAFT. Dans cette annexe, je fais (sans le savoir à l’époque) ce qui ne doit pas se faire si on veut rester dans le paradigme des polyméristes  (dans le sens donné par Thomas Kuhn) : je cite le travail initial de J.H. van’t Hoff (alors qu’on se limite usuellement à un grand maximum de 10-15 ans dans la bibliographie), je fais un rappel sur la définition mathématique stricte de ce qu’est l’intégration d’une équation mathématique (or la plupart des polyméristes ne sont pas vraiment des ‘matheux’), et j’évoque même déjà les Paradoxes de Zénon en citant un philosophe, Henri Bergson. Et donc là, ça se corse !
D’abords, je dois souligner l’humilité de mes encadrants de thèse, qui se sentant dépassés par mes réflexions quelques peu alambiquées sur les équations de la cinétique chimique, se sont jugés incompétents pour juger de la qualité scientifique du contenu de cette annexe. C’était tout à fait normal pour des polyméristes spécialisés dans la synthèse d’architectures macromoléculaires complexes, mais non spécialement attirés par les problèmes de cinétique chimique. Mais du coup, ils ont reporté cette tâche aux rapporteurs de mon jury de thèse en choisissant des experts (bien sûr du même domaine car il fallait bien aussi juger de la qualité des 280 autres pages du manuscrit) ayant un intérêt un peu plus prégnant pour le problème de cinétique de la polymérisation RAFT. J’envoie donc mon manuscrit de thèse contenant cette annexe aux rapporteurs. Et là, c’est le drame !
Je vous fait alors ici l’histoire courte en vous épargnant les aberrations épistémologiques que j’ai entendues :  ça s’est simplement terminé à la délibération du jury lors de ma soutenance de thèse par mon obligation de retirer l’annexe, fort problématique à leurs yeux, dans la version finale de mon manuscrit de thèse (qui, hors annexe, avait toutefois été jugé comme un excellent travail) ! La seule trace de la présence initiale de cette annexe qui reste alors dans cette version finale est la même dernière phrase des pages 159 et 222 (suivie initialement d’un renvoi à l’annexe).
Bref, sans le savoir, je présentais là un modeste travail d’épistémologie critique (concernant la sous-discipline que constitue la ‘cinétique chimique’) à des chercheurs polyméristes, certes très compétents dans leur domaine d’expertise, mais n’ayant jamais été formés (ni de loin ni de près) à l’épistémologie : donc forcément, ça ne pouvait que se terminer en incompréhension réciproque.  Bien sûr que je n’ai convaincu personne de la plausibilité de mes résultats, mais ce fut pareil dans l’autre sens : personne n’a pu me montrer en quoi ma démarche de questionnement n’était pas légitime et/ou était défaillante. Donc je n’ai pas lâché le morceaux…

Comme la nouvelle équation que je proposais était finalement aussi empirique que la loi de van ’t Hoff, il me vint l’idée d’essayer d’en trouver une justification physique bien plus robuste que mes quelques intuitions et considérations épistémologiques que j’avais présentées dans l’annexe retirée. Je vérifiai bien sûr auparavant qu’il n’existait pas déjà de justification physique à la loi de van ‘t Hoff, mais les recherches bibliographiques que je menais à l’époque ne me font tomber que sur des travaux concernant la justification physique d’une autre loi importante de la cinétique chimique, la loi d’Arrhenius (j’avoue cependant que c’est une recherche bibliographique que je devrais peut-être relancer pour confirmer cette absence de travaux concernant la loi de van ‘t Hoff).
Comme le ‘moteur’ de toute réaction chimique est l’agitation thermique des molécules, j’entamais alors une petite enquête historique et épistémologique sur nos connaissances sur ce phénomène. Or il se trouve que le  phénomène d’agitation thermique est intimement lié à l’acceptation finale de l’idée atomique au tout début du XXème siècle (travaux de Jean Perrin en 1908 notamment). Et me voilà alors, très rapidement, diverger vers l’histoire du modèle atomique contemporain et celle du début développement de la théorie quantique (notamment les travaux fondateurs de Planck et d’Einstein). Bref, j’ai quitté la chimie à mon corps défendant pour entrer de pleins pieds dans l’histoire et l’épistémologie de la physique.
Parallèlement, je constate que l’existence du phénomène d’agitation thermique, qui semble indiquer qu’il n’y a pas d’immobilité à l’échelle microscopique, entre en contradiction avec la conclusion à laquelle Zénon d’Elée voudrait arriver en proposant ces fameux « Paradoxes du mouvement » (c.-à-d. que le mouvement serait uniquement une illusion). Bref, je commence alors à m’intéresser de très près à ces « Paradoxes », et donc incidemment aussi aux notions de repos versus mouvement. Le hasard fait que ces deux notions sont fondamentales dans d’autres travaux d’un savant déjà cité plus haut ; donc quitte à lire Einstein pour sa contribution à la théorie quantique, me voilà aussi à le lire pour son élaboration de la théorie de la relativité restreinte. Du coup forcement, ça suppose aussi de s’intéresser aussi un peu au principe de relativité énoncé par Galilée. Bref, je suis encore à plein dans la physique avec tout ça !

Et voilà donc comment je suis passé d’une problématique de cinétique de polymérisation apparue au tout début du XXIème siècle à l’histoire (fin XIXème et début XXème) des deux piliers de la physique fondamentale moderne. Comme j’espère faire un travail sérieux, je me suis d’abord attardé sur le plus ancien des problèmes philosophiques dont la résolution (ou plutôt la non-résolution dans ce cas !) conditionne, il me semble, le cadre de pensée dans lequel se sont ensuite construites toutes les théories physiques : comment conceptualiser le passage de l’immobilité au mouvement ? Ce problème se trouve être au cœur même des fameux « Paradoxes du mouvement » de Zénon. Donc j’ai commencé par ça, mais mon travail sur ce sujet n’est vraiment pas une fin en soi… c’est seulement le début de l’aventure…

Source (avant modification) de l’image d’illustration de l’article : http://wise.ssl.berkeley.edu/gallery_thesky.html
Autres sources des images d’illustration : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vant_Hoff.jpg ; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Henri_Bergson_(Nobel).jpg

D’abord, faire de l’épistémologie ‘fictionnelle’, pour ensuite proposer des nouvelles bases inattendues à la physique fondamentale/théorique.

En un peu plus détaillé :

Mon projet de recherche actuel en épistémologie est basé sur l’hypothèse de travail suivante:

Est-ce que les problèmes rencontrés par la physique fondamentale/théorique actuelle pourraient avoir comme origine des hypothèses implicites (ou ‘oubliées’) acceptées dès le tout début de la construction de nos théories modernes ?

Les problèmes en question sont les ‘gros’ problèmes de la physique, à savoir, l’absence d’interprétation ‘réaliste’ de la théorie quantique, incompatibilité entre la relativité générale et la physique quantique, nature de la matière noire, celle de l’énergie noire, etc…

C’est donc en quelque sorte faire un grand écart entre les préoccupations actuelles des physiciens théoriciens et celles des épistémologues et historiens des sciences.

Cela conduit naturellement à fortement s’intéresser à l’histoire des sciences de la fin du XIXème et du début du XXème siècle, période durant laquelle sont nés les deux grands piliers théoriques de la physique actuelle : théorie de la relativité générale (TGR, acronyme anglophone) d’une part, et la ‘théorie quantique’ d’autre part. A noter, qu’un autre élément important de la physique moderne, la théorie de la relativité restreinte (TSR, acronyme anglophone), est commun à ces deux piliers : pour le premier, la notion d’espace-temps (‘mathématiquement’ construite par H. Minkowski, mais issue des travaux de H. Lorentz et A. Einstein) est essentielle à la TGR; quant au second, le modèle standard de la physique des particules (un des sous-domaines la ‘théorie quantique’) a par exemple intégré la TSR par la présence des antiparticules (via l’équation de Dirac).

Toutefois, ma démarche n’est vraiment pas celle d’un historien des sciences puisque je réexamine la construction de connaissance passée à l’aide des connaissances actuelles : j’utilise donc l’anachronisme (le péché d’un vrai historien !) comme un outil heuristique pour tenter d’apercevoir des fondements implicites des théories physiques, c.-à-d. des hypothèses jamais réellement formulées (ou jamais mises en exergue) mais logiquement nécessaires à leur cohérence globale.

Un travail d’épistémologie ‘classique’ est normalement respectueux du contexte historique dans lequel s’est construite une connaissance/théorie (donc en évitant par exemple des anachronismes tels que d’interpréter une expérience avec des notions apparues plus tardivement) ; c’est donc une épistémologie ‘réaliste’ : on tente de se mettre à la place du savant dans son époque pour comprendre, par exemple, comment il a interprété telle expérience ou a proposé telle théorie. Or, dans beaucoup de cas, l’interprétation d’une expérience (ou le choix des notions fondamentales d’une théorie) aurait pu être confrontée à plusieurs possibilités logiques ; ainsi le choix parmi ces possibilités est alors souvent contraint par plusieurs paramètres : contexte scientifique, contexte historique, contexte sociologique, psychologie du savant, etc.… et c’est justement le rôle de l’historien des sciences d’essayer d’évaluer l’importance de chacun de ces paramètres. En restant fidèle aux contextes historiques, on peut donc potentiellement reconstruire le mode de pensée des savants afin d’arriver exactement aux mêmes résultats qu’eux : on comprend donc comment et pourquoi telle connaissance a été construite, ce qui est le but même de l’histoire des sciences et de l’épistémologie.  A l’inverse, si on fait exprès de mobiliser des connaissances actuelles pour interpréter des expériences historiques ou pour juger de la pertinence d’un choix théorique du passé, on a certes peu de chance de comprendre les anciens savants, mais il est parfois possible d’arriver à des interprétations/conclusions différentes de celles proposées (et/ou acceptées et/ou validées) jusqu’alors. C’est faire ce que l’on pourrait appeler de l’épistémologie ‘fictionnelle’ : si tel savant de telle époque avait accès à une partie de nos connaissances actuelles, qu’est-ce que ça aurait pu changer dans la suite de ces expériences/théories ? Bref, ça peut donner des idées nouvelles pour la compréhension du monde physique ; c’est l’aspect heuristique de l’exercice. C’est en quelque sorte détourner le but d’une épistémologie classique au profit de la physique théorique (dans le sens d’apporter de nouveaux concepts potentiellement mobilisables dans la construction de cadres théoriques novateurs).

A noter que cet exercice d’épistémologie ‘fictionnelle’ ne fait pas forcement intervenir de réels anachronismes : on peut aussi jouer avec la non connaissance ou la non prise en compte, volontaire ou non, de la part d’un savant (ou d’une communauté de chercheurs) d’éléments de connaissance produits par d’autres savants et/ou d’autres disciplines, pourtant de la même époque. L’exemple typique pouvant être l’interprétation d’une expérience qui est présentée, par l’expérimentateur, comme étant la découverte d’un phénomène particulier ou d’une entité particulière, alors que d’un point de vue purement épistémologique, elle ne peut pas être une preuve ultime (selon le principe de la ‘sous-détermination des théories par les données’) mais n’est que la réfutation d’une hypothèse adverse. Cette ‘découverte’ ne doit alors son passage dans la postérité que par l’absence d’imagination des autres chercheurs (contemporains à l’expérience ou ultérieurs) qui ne proposent pas d’autres hypothèses non compatibles avec cette ‘découverte’ mais restant en accord avec l’expérience (alors dite, à tort, ‘cruciale’). Un exemple concret est peut-être la ‘découverte’ de l’électron par J.J. Thomson en 1897. En effet, parmi les ‘nouvelles bases inattendues’ évoquées plus haut, il y a en particulier la possibilité de comprendre le monde physique sans le concept d’électron !

Ma démarche de publication

Ma première publication (Foundations of Science 2018) dans le cadre de ce projet de recherche traite des paradoxes du mouvement de Zénon d’Elée. Ce sujet peut sembler fort diffèrent des préoccupations décrites ci-dessus. Pourtant, il s’agit de la même démarche : c’est se poser la question (qui peut effectivement paraître saugrenue) « Et si Zénon avait eu connaissance de l’existence de l’agitation thermique, ça change quoi dans son argumentation ? ». La conséquence d’une telle hypothèse ‘bizarre’ est d’avoir pu trouver ce qui faisait défaut depuis 25 siècles, à savoir une solution logique à ces fameux paradoxes. Cette solution consiste à rejeter la notion d’immobilité comme étant pertinente pour décrire la réalité. J’ai l’impression que ce simple résultat peut changer la donne autant au niveau philosophique qu’au niveau scientifique : c’est le but de mes futurs travaux et articles de rendre cette impression plus concrète.

Ce projet de recherche peut certes sembler assez hétérodoxe, mais ma ‘stratégie’ de partage de mes idées reste celle d’un chercheur académique ‘normal’ : je rédige des articles que je soumets à des journaux philosophiques/scientifiques ; soit c’est accepté pour publication et c’est alors annoncé sur ce site, soit c’est refusé en espérant avoir des critiques constructives de la part des reviewers afin de pouvoir améliorer l’article (puis le ré-soumettre à un autre journal). Ma première publication (Foundations of Science 2018) est par exemple le résultat de trois processus de review (et la version finale publiée est bien différente de la première version soumise ; merci aux six reviewers anonymes pour leurs apports constructifs). Bref, je ne souhaite pas dévoiler toutes mes pistes de recherche sur ce présent site avant validation par des pairs.

En particulier, j’ai déjà quelques idées assez précises sur un nouveau cadre théorique qui semble assez prometteur pour résoudre les ‘gros’ problèmes de la physique. Ces idées me sont en partie venues après la constatation de certaines lacunes épistémologiques dans les théories actuelles. Comme je ne souhaite pas reproduire les erreurs de certaines démarches scientifiques passées, ce nouveau cadre théorique ne sera probablement dévoilé qu’après s’être assuré de la solidité des bases philosophiques (voire métaphysiques) qui le sous-tendent. Ainsi, mon travail actuel en philosophie des sciences est une façon de préparer les fondations pour une construction scientifique plus ambitieuse (mais peut-être même trop !). Dans ce sens, je défends une continuité naturelle entre le champ disciplinaire de la philosophie (des sciences) et celui de la physique fondamentale/théorique, ce qui ne me semble pas être trop le cas dans l’organisation actuelle de la recherche.

Source (avant modification) de l’image d’illustration : http://wise.ssl.berkeley.edu/gallery_thesky.html