Terminale L 2016-2017
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Terminale L 2016-2017

Théorie, expérience et démonstration

I

Rôle de l'expérience dans l'élaboration de la théorie

A

Théorie et expérience : définitions

Faire l'expérience de quelque chose, c'est en faire l'épreuve personnellement : l'expérience vécue est une confrontation avec le monde dont on peut tirer des connaissances. C'est en ce sens que l'on parle d'homme d'expérience : on accorde alors à cette personne de la valeur car elle détient un savoir issu d'une connaissance personnelle tirée a posteriori.

En un second sens, l'expérience renvoie à la possession d'un ensemble de connaissances concrètes acquises par l'usage (la pratique) et prêtes à être mises en pratique. On dira alors que l'on a de l'expérience dans un domaine précis.

En un troisième sens, l'expérience renvoie à l'expérience scientifique, à l'expérimentation. Il s'agit alors des procédures par lesquelles on contrôle la vérité d'une théorie ou d'une hypothèse en la confrontant à des faits.

Enfin, en un sens proprement philosophique, on parle d'expérience sensible pour désigner l'ensemble des données sensibles auxquelles l'esprit a à faire dans l'élaboration et la validation des connaissances.

On oppose souvent l'expérience et la théorie, en tant que savoir issu de cours ou de lectures, dont on n'a pas nécessairement fait l'expérience personnellement. Ainsi la connaissance de la Première Guerre mondiale est théorique : on ne l'a pas vécue personnellement.

Il est possible de distinguer trois grands usages de la notion de théorie :

  • La théorie peut être comprise comme le domaine de la connaissance spéculative (abstraite), par opposition au domaine de la pratique (c'est-à-dire de l'application).
  • En un sens plus restreint, la théorie renvoie à un ensemble de connaissances abstraites (notions, idées, concepts, thèses) appliqués à un domaine particulier et formant un système.
  • Enfin, on parle de théorie scientifique pour désigner un ensemble de lois organisées en système et vérifiées par un protocole expérimental.

L'étymologie fait apparaître cette opposition des notions de théorie et d'expérience. Théorie vient du grec theoria, qui signifie contemplation. Par opposition, l'expérience vient du grec empeiria, qui donne en français l'adjectif empirique, c'est-à-dire ce qui dépend de l'expérience. À travers ces deux notions, on oppose généralement une approche qui en reste aux faits à une approche qui tente de s'élever au niveau de la connaissance rationnelle.

B

L'expérience ordinaire et l'expérience scientifique

1

L'expérience est le matériau premier des connaissances

L'expérience joue un rôle essentiel dans la connaissance : généralement, on part des informations que livre l'expérience sensible pour établir des connaissances. En ce sens, l'expérience est la source de la connaissance : c'est ce qu'affirme l'empirisme. L'approche empiriste du réel consiste à privilégier l'observation des faits, du réel concret, comme point de départ de la connaissance. Aussi, on commencera par observer attentivement le monde pour le connaître, plutôt que d'élaborer des constructions intellectuelles abstraites qui devraient en rendre compte.

Pour l'empirisme, il n'y a pas de connaissance a priori, c'est-à-dire avant d'avoir fait une expérience : la connaissance est a posteriori, c'est-à-dire qu'elle provient entièrement de l'expérience. C'est pourquoi Locke dit que l'esprit qui n'a pas eu d'expérience du monde réel est comme une “table rase”, c'est-à-dire que rien n'y est inscrit. L'esprit qui n'a pas fait d'expérience est comme une feuille de papier blanche.

Supposons qu'au commencement l'âme est ce qu'on appelle une table rase, vide de tous caractères, sans aucune idée, quelle qu'elle soit. […] Les observations que nous faisons sur les objets extérieurs et sensibles (Sensation), ou sur les opérations intérieures de notre âme (Réflexion), fournissent à notre esprit les matériaux de toutes ses pensées.

Locke

Essai sur l'entendement humain

1689

Toutes nos connaissances proviennent de l'expérience, qui est ici comprise en deux sens : expérience sensible, c'est-à-dire du monde extérieur, mais aussi expérience intérieure, c'est-à-dire réflexion sur la façon dont fonctionne notre esprit.

2

La méthode expérimentale

Pourtant, l'expérience ordinaire, ou expérience sensible, ne suffit peut-être pas pour élaborer une connaissance scientifique. On pourra alors distinguer deux approches de la science :

  • La science d'observation : on se contente alors de collecter le plus grand nombre de faits possibles.
  • La science d'expérimentation : on provoque les phénomènes, on interroge la nature pour vérifier des hypothèses.

Il importe ainsi de marquer la différence essentielle entre d'un côté une connaissance empirique et d'un autre la connaissance scientifique. La connaissance empirique naît de l'expérience ordinaire, elle s'accumule et constitue une forme de savoir. La connaissance scientifique repose sur l'expérimentation et la justification par des preuves de ses propositions.

En effet, alors que l'expérience ordinaire donne accès au fait brut, isolé de tout autre phénomène, la science comprend le fait à l'intérieur d'un cadre théorique qui rend possible une généralisation, c'est-à-dire la possibilité d'expliquer les conditions nécessaires à l'apparition de ce phénomène, et donc la capacité de prévoir son apparition.

Dans l'approche scientifique, le fait est donc inséré à l'intérieur d'un cadre théorique, c'est-à-dire d'un système de principes, de lois, de définitions. L'expérience scientifique consiste alors à confronter une hypothèse de ce système aux faits. Le physiologiste Claude Bernard expose les règles de la méthode expérimentale dans Introduction à l'étude de la médecine expérimentale. Il explique que tout raisonnement scientifique doit s'appuyer sur une succession de trois phases :

  • L'observation d'un fait
  • La production d'une hypothèse pour expliquer ce fait
  • Une expérience permettant de confirmer ou d'infirmer cette hypothèse

Il faut donc remarquer que l'observation (antérieure à l'hypothèse) est très différente de l'expérience (ultérieure à l'hypothèse). On ne fait pas "d'expériences pour voir" en sciences : on ne fait que des expériences guidées par des hypothèses. L'expérience a donc pour but de répondre à un problème posé par le scientifique.

Il faut nécessairement expérimenter avec une idée préconçue.

Claude Bernard

Introduction à la médecine expérimentale

1865

Dans le cadre de la science, l'expérience ne se fait pas au hasard : il s'agit toujours de tester une hypothèse en la confrontant aux faits. L'expérience est donc toujours conçue avec pour but de tester la validité d'une hypothèse.

C

Le critère de la théorie scientifique

Le critère essentiel à une théorie scientifique peut ainsi être énoncé simplement : une théorie, pour être scientifique, doit pouvoir être expérimentalement vérifiée ou infirmée. Ainsi, par opposition, une théorie non scientifique n'est pas celle qui est démentie par l'expérience mais celle qu'on ne peut pas soumettre à un contrôle expérimental.

Par exemple, l'énoncé "les planètes s'attirent entre elles parce qu'elles s'aiment" est un énoncé non scientifique. Cela ne vient pas du fait il soit faux, mais simplement du fait qu'on ne peut pas le vérifier par une expérience.

Le critère d'une théorie scientifique n'est donc pas d'être vérifiée mais d'être vérifiable (par une expérience) : il doit y avoir la possibilité d'un contrôle expérimental. C'est de cette vérifiabilité des théories que découle l'objectivité de la science. L'idée de vérifiabilité est essentielle : s'il est possible de tester une théorie, et de l'infirmer, alors celle-ci est scientifique.

II

La prééminence de la théorie sur l'expérience

A

L'expérience se construit à partir d'une théorie

1

L'expérience est impensable sans une intervention de la raison

L'idée des empiristes selon laquelle il n'y aurait aucune forme de connaissance sans le recours à l'expérience méconnaît le rôle majeur que joue la raison dans la mise au point des données de l'expérience. En effet, si l'expérience est bien le matériau de la connaissance, la raison est quant à elle l'outil qui permet de donner forme aux données brutes de l'expérience sensible. Kant souligne en ce sens que même si la connaissance débute avec l'expérience, elle n'en "dérive pas". En effet, l'esprit est constitué d'une certaine manière, qui est la même pour tous (c'est l'universalité de la raison) : chaque homme dispose de facultés déterminées, que recouvre le terme de raison, ce sont les formes a priori de l'entendement (c'est-à-dire les lois universelles qui permettent d'organiser les phénomènes). En outre, le rapport au monde de l'Homme est déterminé par la sensibilité, c'est-à-dire à la fois par les informations reçues passivement grâce aux sens, mais aussi par les structures grâce auxquelles un sujet se représente ce qui est donné, met en ordre ces informations. Ces structures, appelées formes a priori de la sensibilité, ce sont l'espace et le temps, et elles sont innées, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas données dans l'expérience.

Ces formes a priori sont les outils indispensables pour synthétiser (c'est-à-dire mettre en forme, classer) ce qui vient de l'intuition (c'est-à-dire de l'expérience sensible).

Ainsi, si la connaissance a pour matériau l'expérience sensible, elle nécessite l'intervention de la raison qui organise le divers des données brutes de l'expérience.

2

L'expérience est guidée par des hypothèses théoriques

Dans l'ordre de la connaissance scientifique, la théorie précède l'expérience. En effet, la finalité de l'expérience scientifique est toujours de tester une théorie. C'est donc à la théorie qu'il revient de déterminer ce que l'on recherche. En ce sens, dans l'expérimentation, contrairement à l'expérience sensible, l'observation n'est pas passive : c'est une recherche active d'information, guidée par la théorie.

Kant souligne d'ailleurs cette idée lorsqu'il dit que l'Homme pose des questions précises à la nature, l'interroge (et ne se contente pas de l'observer naïvement). La théorie sert donc de guide à l'expérience.

3

L'expérience repose sur l'utilisation de théories antérieures

Enfin, il est possible de souligner que l'expérience scientifique a besoin des théories antérieures pour fonctionner. En effet, du point de vue des moyens employés, l'expérience repose sur des instruments scientifiques de mesure et d'observation. Or la fabrication et l'utilisation de ces instruments scientifiques sont le résultat de la maîtrise de théories scientifiques antérieures. Par exemple, un télescope ou un microscope présuppose la maîtrise des lois de l'optique : ils sont des matérialisations, des incarnations de ces théories.

Les instruments ne sont que des théories matérialisées. Il en sort des phénomènes qui portent de toutes parts la marque théorique.

Bachelard

Le Nouvel esprit scientifique

1934

Pour fabriquer un instrument scientifique, il faut déjà connaître les théories qui permettent de le concevoir. Ainsi, pour réaliser une observation au niveau microscopique à l'aide d'un microscope, il faut maîtriser les lois de l'optique.

De manière plus générale, c'est la théorie qui permet de définir un protocole expérimental (qui inclut la détermination de ce qui est cherché et les outils adéquats pour la recherche) qui doit permettre d'obtenir des conditions optimales d'observation.

B

Comment la théorie utilise-t-elle l'expérience ?

1

L'expérience contrôle par vérification

L'expérience doit être au service de la théorie : elle est pensée pour contrôler la véracité d'une hypothèse. On parle ainsi d'expérience cruciale : une même expérimentation devra permettre de trancher entre plusieurs théories concurrentes, impliquant des conséquences mutuellement exclusives.

Par exemple, l'expérience du pendule de Foucault a permis de trancher entre le géocentrisme et l'héliocentrisme, en apportant une preuve décisive au bien-fondé des lois du mouvement énoncées par Newton.

L'expérience permet donc d'éliminer des théories fausses. En cela, elle est essentielle. Une théorie ne fonctionne pas sans expérience. L'Homme a besoin d'expérimenter, d'essayer, pour arriver à différentes conclusions.

Mais si l'expérience est cruciale dans l'élimination des théories fausses, elle ne permet pas d'assurer que la théorie retenue est vraie.

2

L'expérience contrôle par réfutation

Il est en revanche impossible de prouver la vérité d'une théorie. Cela signifie que les théories scientifiques doivent être dites probables. Généralement, on pense que l'existence d'un grand nombre d'observations confirmant une théorie joue le rôle de preuve de sa vérité. Or il s'agit là d'un raisonnement inductif, c'est-à-dire procédant par généralisation à partir de cas particuliers.

Le présupposé est le suivant : si la théorie a été à chaque fois confirmée, c'est qu'elle est vraie, ou du moins, probablement vraie, et l'on pourrait affiner ce jugement en formulant un degré́ de probabilité de vérité de la théorie, qui approcherait de la certitude au fur et à mesure qu'on accumule des données qui vont dans le sens de la théorie.

Mais il faut se méfier de l'induction, qui passe d'une série d'observations particulières à l'affirmation d'une vérité générale : car même si une théorie se vérifie de nombreuses fois dans des expériences variées, il est toujours possible qu'il existe une exception à cette règle qui ne soit pas encore connue.

En conséquence, une expérience ne peut que réfuter (et non confirmer) une théorie scientifique. En effet, un seul contre-exemple suffit à réfuter une théorie tandis que des milliers d'exemples ne suffisent pas à en confirmer une. Ainsi, l'induction ne permet de prouver la vérité d'une théorie, tandis que la déduction permet d'en prouver la fausseté : si la conséquence attendue dans l'expérience n'est pas trouvée, on peut en déduire que la théorie est fausse.

C'est pourquoi Karl Popper préfère parler de réfutabilité ou de falsifiabilité des théories scientifiques. Une théorie irréfutable n'est donc pas une théorie indiscutablement vraie mais simplement une théorie non scientifique. Une théorie n'est scientifique que si elle est réfutable.

On peut donc dire qu'une théorie scientifique est vraie, non pas définitivement mais jusqu'à preuve du contraire. C'est la principale limite de la méthode expérimentale.

Pour les théories, l'irréfutabilité n'est pas (comme on l'imagine souvent) vertu mais défaut.

Karl Popper

Conjecture et réfutations

1963

L'expérience prouve donc le faux, et non le vrai. Elle n'est pas une preuve, mais seulement une confirmation toujours provisoire.

C

Une adéquation parfaite avec le réel impossible

Il faut néanmoins se garder de penser que la théorie et l'expérience sont entièrement indépendantes l'une de l'autre. En réalité, la théorie influence de part en part l'expérience, jusque dans la construction des faits scientifiques. En ce sens, on peut souligner qu'il n'existe pas de faits bruts : le scientifique pense le fait avant de l'observer, voire de le provoquer artificiellement dans le cadre d'une expérience. Bachelard dit en ce sens que l'expérience est constituée de "phénomènes qui portent de toutes parts la marque théorique".

En effet, la théorie est déjà présente à trois niveaux dans l'expérience :

  • Les faits sont toujours analysés à partir d'une théorie : par exemple, dès que l'on "observe" des phénomènes relatifs aux atomes ou aux molécules (qui n'ont pas de réalité observable), on utilise déjà la théorie atomique.
  • Les faits sont observables grâce à des instruments, qui sont déjà des "théories matérialisées".
  • Les scientifiques mènent leurs expériences avec des idées derrière la tête : ces idées ne sont pas neutres, mais conçues dans le but de confirmer ou d'infirmer une théorie particulière.

On mesure ainsi la distance entre le phénomène observable directement et le fait scientifique, qui suit une idée scientifique et doit se manifester conformément aux instruments de mesure disponibles. En ce sens, les faits scientifiques sont des constructions.

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