A l’occasion de la parution de « ProspecTic, nouvelles technologies, nouvelles pensées ? » par Jean-Michel Cornu, directeur scientifique de la Fing – un ouvrage pédagogique et de synthèse sur les défis des prochaines révolutions scientifiques (Amazon, Fnac, Place des libraires) -, il nous a semblé intéressant de revenir sur les enjeux que vont nous poser demain nanotechnologies, biotechnologies, information et cognition.

Maintenant que nous avons posé l’avenir des prochaines révolutions technologiques, observons les articulations et les défis que ces clés nous adressent.

Pourquoi est-il difficile de faire de la science pluridisciplinaire ?

Comme nous l’avons vu dans les questions et débats sur les nanotechnologies, il existe deux facteurs qui rendent plus difficile la prise en compte des différents risques : le conflit d’intérêt entre la rentabilité économique et la gestion des risques, et la difficulté culturelle à travailler de façon interdisciplinaire. Cette dernière n’est pas seulement une difficulté pour gérer les risques technologiques, elle peut présenter un obstacle au développement même des technologies qui sont de plus en plus interdisciplinaires et même transdisciplinaires. Pourquoi un travail interdisciplinaire, pourtant nécessaire, demeure toujours aussi difficile à mettre en oeuvre ?

Pluralité de modes d’explication
On pourrait penser que bien que le dialogue ne soit pas toujours aisé entre chercheurs, politiques, industriels et associations, il devrait néanmoins se trouver facilité lorsque les scientifiques discutent entre eux. Ces derniers bénéficient d’une approche rationnelle basée sur la méthode scientifique et disposent même en partie, pour les sciences dures et parfois l’économie, d’un langage qui se veut universel et non ambigu : les mathématiques. Pourtant, l’histoire des sciences nous montre que la situation est bien différente. Les raisons des querelles scientifiques sont multiples. Elles viennent généralement de la difficulté de comprendre comment articuler des théories concurrentes entre elles.

S’il est vrai que les non-scientifiques peuvent avoir du mal à comprendre la substance d’une découverte et les enjeux sous-tendus par celle-ci, la situation n’est pas meilleure à l’intérieur même du monde scientifique où les chercheurs adoptent des approches, des méthodes et des références qui sont extrêmement variées.

Au-delà de l’objet de la recherche et des méthodes utilisées, il y a également la question de la compréhension. La science cherche à produire de nouvelles connaissances mais aussi à les expliquer. Mais que veut dire « expliquer » ?

Nous allons chercher à montrer ici qu’il existe au moins trois façons d’expliquer un phénomène. Nous utiliserons pour cela un exemple en cristallographie en nous appuyant sur différents types de nanomatériaux présentés dans le chapitre précédent. Cet exemple, très simple à comprendre, illustre bien cette nécessité d’une diversité d’explications.

La pluralité de modes d’explication semble être un des fondements de la complexité. Elle est à l’oeuvre dans toutes les sciences et les technologies où des éléments interagissent entre eux pour constituer un système global.

Trois approches pour comprendre les différentes formes du carbone

Le carbone existe à l’état pur dans la nature sous plusieurs formes (on parle d’allotropes). La plus courante est le graphite, mais existent également le diamant et la lonsdaleite, une forme très rare découverte en 1967. Il faudrait y ajouter aussi le carbone amorphe, qui est une forme intermédiaire entre le diamant et le graphite.

L’homme a pu créer d’autres formes du carbone telles que les nanotubes, les fullerènes ou encore les nanomousses. Pour cela, il faut porter le carbone à une température de 4 100 K (kelvin) ; il se transforme alors en petites chaînes d’atomes appelées les carbynes qui se condensent sous forme de suie mais également de fullerènes ou autres nanocomposés, suivant les conditions de refroidissement. Ces différentes formes du carbone ont des propriétés très différentes en termes de dureté, de conductivité, de densité, etc. Pour essayer de les comprendre (leurs propriétés, leurs conditions d’apparition), on peut s’y prendre de trois façons très différentes.

Première approche
Tout d’abord, on peut regarder de plus près chacune des formes existantes. Elles sont toutes composées d’atomes de carbone, reliés à d’autres atomes. Il existe divers types de liaisons et celles-ci peuvent se répartir différemment dans l’espace en faisant des angles précis entre elles, plaçant les atomes à des distances plus ou moins proches. Nous avons développé une science réductionniste si précise qu’elle nous permet d’analyser les composants avec une finesse toujours plus grande. Grâce à cette approche, nous pouvons décrire différents arrangements possibles des atomes de carbone. Cependant, si cette approche bénéficie des progrès des méthodes d’observation, il n’est pas toujours facile de déduire les propriétés globales d’un matériau directement à partir du type de liaison, de l’angle et des distances entre les atomes de carbone.

Deuxième approche
Une deuxième approche consiste à considérer le matériau comme un réseau d’atomes de carbone. On s’intéresse alors aux propriétés globales du réseau et non plus aux propriétés des atomes de carbone qui le constituent. Plusieurs de ces propriétés peuvent être décrites comme la « forme » du réseau : le graphite est constitué de feuilles superposées faiblement reliées entre elles, il sera donc aisé de briser ce matériau ; dans le diamant, le réseau s’organise de façon plus compacte dans les trois dimensions, donnant une matière beaucoup plus dure.

Les nanomatériaux ont des formes dont l’une au moins des dimensions est de taille nanométrique : des feuillets qui s’enroulent en cylindres (nanotubes) ou des polygones (fullerènes). De nombreuses études ont permis de mieux comprendre les propriétés des réseaux. Il est intéressant de noter que ces propriétés sont indépendantes des constituants du réseau, on peut faire le même constat avec un réseau d’atomes de carbone, un réseau de protéines, un réseau informatique ou bien un réseau humain.

Troisième approche
Elle s’intéresse à l’influence de l’environnement. Quelle est l’évolution des conditions de pression et de température dans le temps au moment de la formation du matériau ? Suivant que la phase solide du carbone est obtenue à plus ou moins hautes pression et température, telle ou telle forme sera favorisée. Nous pourrions faire un parallèle avec l’approche darwinienne en biologie : suivant les conditions d’environnement, telle ou telle espèce est « sélectionnée ». Il existe cependant une différence majeure car le vivant s’adapte à chaque instant à l’environnement alors que les atomes de carbone adoptent leur disposition au moment de la solidification ou de la condensation. Mais ce sont les conditions de l’environnement qui servent de point de départ à l’explication.

Application des modes d’explication à d’autres domaines
La nécessité de prendre en compte les propriétés à trois niveaux différents (constituants, système et environnement) semble se retrouver dans de nombreux domaines et en particulier dans ceux traités dans cet ouvrage :
– C’est le cas en biologie où Michel Morange parle d’explications d’inspiration molécularo-mécaniste (au niveau des constituants), physique non causale (l’étude des propriétés des réseaux) et darwinienne (l’influence de l’environnement).
– Dans le domaine des réseaux informatiques, depuis quelques années, les travaux ont permis de mieux comprendre l’influence des
propriétés des réseaux, grâce aux progrès de la théorie des graphes (par exemple les « réseaux petit-monde »). L’influence de l’environnement extérieur est cependant peu prise en compte.
– Dans le domaine des sciences cognitives, ainsi que dans le cognitivisme, il existe trois approches : physicaliste, fonctionnaliste et
cognitive située. Cette dernière prend en compte l’influence de l’environnement.
– Dans un tout autre domaine, les travaux du groupe intelligence collective de la Fing ont montré que les effets collectifs dans l’organisation de groupes coopératifs dépendent de l’influence des membres, du groupe lui-même et de l’environnement.

Il semble que ces différents « principes d’intelligibilité », tels que les définit Michel Morange, soient constitutifs des sciences de la complexité et s’appliquent à tous les domaines où un réseau est composé d’éléments et interagit avec un environnement extérieur.

Articuler les différentes causes pour comprendre un phénomène

Quelle serait la meilleure explication des différentes formes sous lesquelles existe le carbone ? Cet exemple simple montre qu’il s’agit de trois modes d’explication complémentaires. Chacun est influencé par les propriétés d’un niveau particulier : les constituants, le réseau ou l’environnement.

Chacun permet d’expliquer des aspects différents :

• les façons dont s’organisent les différentes formes de carbone sont mieux expliquées avec une approche réductionniste ;
• la raison de leur apparition nécessite de prendre en compte les conditions de l’environnement ;
• leurs propriétés macroscopiques (dureté, etc.) sont plus facilement comprises avec une approche systémique par les graphes.

Il peut arriver qu’un des niveaux ait une influence majeure qui relativise la nécessité d’utiliser les autres modes d’explication. Ces cas particuliers peuvent donner aux scientifiques l’impression qu’une seule approche – la leur – est suffisante. Cette difficulté à appréhender trois types de causes simultanément, chacune permettant d’expliquer certaines facettes du résultat observé, est à l’origine de nombreuses querelles dans les différents domaines scientifiques.

Pourtant, il est très souvent nécessaire de prendre en compte deux ou même trois des ces influences en cherchant à les articuler entre elles pour obtenir une vision d’ensemble. Edgar Morin, à qui nous présentions les idées de ce chapitre, a réagi en indiquant : « Il nous manque les instruments conceptuels sur les liens entre les différents niveaux. » Ali Aït Abdelmalek, sociologue à Rennes, a insisté lors du même colloque : « Pour qu’il y ait pluridisciplinarité, interdisciplinarité, transdisciplinarité, il faut qu’il y ait déjà discipline. »

Nous sommes un peu dans la situation d’une personne qui chercherait à observer une pièce de monnaie avec ses deux yeux : elle ne peut voir à la fois que le côté pile, le côté face, ou bien la tranche. Au mieux, elle peut disposer la pièce en biais pour apercevoir, de façon un peu moins précise, simultanément la tranche et un des deux côtés. Pour voir à la fois le côté face et le côté pile, elle doit faire usage soit d’un miroir, soit de différentes photos de la pièce. Mais ces « représentations » distinctes doivent alors être articulées pour permettre la représentation globale de la pièce. On retrouve le même problème en physique des particules où il est nécessaire d’avoir plusieurs représentations (souvent trois) pour obtenir une vision globale des propriétés d’une particule.

De notre capacité à prendre en compte ces différentes facettes dépendra notre degré de compréhension des phénomènes complexes auxquels nous sommes confrontés. Au-delà de l’interdisciplinarité, qui nécessite une compréhension de la diversité des résultats obtenus par la recherche, se dessine l’exigence d’une intercompréhension des différents niveaux d’explication. C’est à ce prix que nous pourrons progresser dans la compréhension du monde complexe qui nous entoure.

Jean-Michel Cornu
Extrait de ProspecTic, nouvelles technologies, nouvelles pensées, FYP Editions, 2008.