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Incertitude expérimentale et démarche
scientifiqueQuest-ce que la science?D.
Verkindt, LAPP
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(No Transcript)
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La science, pourquoi existe-t-elle?

• Pour poser des questions sur le mondeQuest ce
  que la réalité? Qui sommes-nous?
• Pour offrir des réponses incertaines et
  partiellesLimiter les certitudes et les
  attitudes dogmatiques
• Pour aller au-delà de nos sensNos sens ont
  lhabitude de certaines échelles de temps, de
  longueurs, dénergie, etc...

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Quelques ordres de grandeur

• Longueurs (mètres)10-15 m taille dun noyau
  datome1 m vous4.1016 m distance qui nous
  sépare de létoile Alpha Centauri
• Temps (secondes)10-23 s durée de vie de la
  particule Z01 s vous1017 s durée de vie du
  soleil
• Energies (Joules)10-19 J energie dun photon
  émis par une lampe10-7 J atterrissage du
  moustique 109 J vos repas de la journée1016
  J bombe atomique de 1 Mégatonne1026 J
  énergie lumineuse du soleil à chaque seconde!

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(No Transcript)
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Définitions et langage universels

• Pour la science, le langage est important
• Utiliser un langage universel les mathématiques
• Tenter de définir objectivement et
  quantitativement ce dont on parle -
  Chaleur ( cest chaud! )
  --gt Energie (la main a reçu 3000 Joules)
  - Couleur ( cest rouge! )
  --gt Longueur donde (0.8 microns) -
  Inertie ( cest difficile à faire bouger! )
  --gt Masse (100 kilogrammes)

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Mais quest-ce que la science?

• Des observations et des interrogations
• Des modèles théoriques pour - tenter
  dexpliquer les observations - donner une
  vision plus cohérente et unifiée de la nature.
• Des expériences, pour valider ou remettre en
  cause les modèles

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La science sur deux pieds
Incertitudes des modèles Domaine de validité
théorie
On parle de science, lorsque les théories
élaborées pour décrire la nature sont réfutables
par des expériences
expérience
Incertitudes expérimentales Interprétations des
résultats
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(No Transcript)
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La théorie Source de la science
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La théorie source de la science
Les motivations dune théorie sont multiples,
souvent artistiquesfoi, imagination, désir de
connaître, envie de beauté, de simplicité,besoin
dassembler les pièces dun puzzle
expérimental La théorie vient avant
lexpériencecomme lœuf vient avant la
poule!... La théorie est soumise à la loi de
lexpérienceavec les moyens techniques dune
époque donnée
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La théorie seulement des modèles
Un modèle qui a tenu 300 ans la gravitation
selon Isaac NewtonOn sen sert encore
aujourdhui pour envoyer des sondes sur
Mars Un modèle qui a tenu 10 ans latome
selon RutherfordGrâce à lui, on sest posé les
bonnes questions qui ont conduit à la Mécanique
Quantique
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Domaine de validité dun modèle théorique
Courbe de rotation des galaxiesanomalie --gt
Matière noire
Résistance électriquedépend de la
températureanomalie --gt Supraconductivité
-270oC
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Lexpérience Base de la science
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Lexpérience base de la science
Lexpérience suppose des mesures identiques et
reproductibles, dans les mêmes conditions, pour
différents observateurs mais Conditions
expérimentales souvent difficiles à contrôler
Le battement daile dun papillon...  Les
appareils de mesure sont imparfaits (nous y
compris!)Peut-on faire des appareils
parfaits? La nature est statistique et le temps
est irréversible On ne se baigne jamais 2 fois
dans le même fleuve  Les résultats dune
expérience sont interprétés à la lumière des
théories existantesPeut-on se passer dune
interprétation?
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Conditions expérimentales exemple du LEP
LEP (CERN)
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Conditions expérimentales exemple du LEP
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Conditions expérimentales exemple du LEP
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Conditions expérimentales exemple du LEP
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Lexpérience base de la science
Lexpérience suppose des mesures identiques et
reproductibles, dans les mêmes conditions, pour
différents observateurs mais Conditions
expérimentales souvent difficiles à contrôler
Le battement daile dun papillon...  Les
appareils de mesure sont imparfaits (nous y
compris!)Peut-on faire des appareils
parfaits? La nature est statistique et le temps
est irréversible On ne se baigne jamais 2 fois
dans le même fleuve  Les résultats dune
expérience sont interprétés à la lumière des
théories existantesPeut-on se passer dune
interprétation?
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La nature est statistique
Distribution des mesures de A
Nombre d essais
s largeur de la distribution incertitude
statistique
A02s
A0-2s
Quantité mesurée A
valeur moyenne A0
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Exemple les atomes radioactifs
Source de Molybdène émettant des rayons X a 17
keV EN MOYENNE
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Exemple les atomes radioactifs
Datation au Carbone 14 Grâce au carbone 14, on
peut remonter jusqu'à desdizaines de milliers
d'années dans le passé (0-40000 ans). Le
carbone, entrant dans la composition de la
moléculeconstitutive du gaz carbonique, présent
dans l'atmosphère,est très répandu dans notre
environnement.Ce carbone est constitué
principalement de carbone 12,qui est stable, et
d'une très faible proportion de carbone 14qui
est radioactif avec une période de 5730 ans(le
carbone 14 est produit en permanencedans l'azote
de l'air par le rayonnement cosmique).Les divers
échanges (respiration, photosynthèse,
alimentation)qui se produisent entre
l'atmosphère et le monde "vivant ont pour effet
d'équilibrer le rapport entre la quantité
decarbone 14 et celle de carbone 12. Mais, dès
qu'unorganisme meurt, le carbone 14 qu'il
contient n'estplus renouvelé puisque les
échanges avec le mondeextérieur cessent. Sa
proportion se met alors peu à peuà diminuer. La
mesure du rapport carbone 14 /carbone 12permet
donc de connaître la date de la mort d'un
organismebien après que celle-ci ait eu lieu.
Moins il reste de carbone14 dans un échantillon
à dater, et plus sa mort est ancienne.
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Lexpérience base de la science
Lexpérience suppose des mesures identiques et
reproductibles, dans les mêmes conditions, pour
différents observateurs mais Conditions
expérimentales souvent difficiles à contrôler
Le battement daile dun papillon...  Les
appareils de mesure sont imparfaits (nous y
compris!)Peut-on faire des appareils
parfaits? La nature est statistique et le temps
est irréversible On ne se baigne jamais 2 fois
dans le même fleuve  Les résultats dune
expérience sont interprétés à la lumière des
théories existantesPeut-on se passer dune
interprétation?
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Observation expérimentale et interprétation
Observation du spectre dabsorption dune
étoile Raies identiques aux raies démission de
certains éléments sur TerreDonc la chromosphère
de létoile contient de lArgon
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Démarche scientifiqueExpérimentation
Interprétation Validation
Le réel est complexeAtmosphère, frottements,
forme de lobjet, gravité variable,
etc Expérience supposée faites dans des
conditions idéalesVide, masse ponctuelle,
gravité constante Utilisation dun modèle
théorique de base qui fonctionne dans les
conditions idéalesLois de la gravitation de
Newton Par approximations successives, mieux
décrire le phénomèneCorrections en tenant
compte de la forme de lobjet, de la résistance
de lair, du vent, etc... Le résultat est
imparfait mais ca marcheLes deux objets tombent
dans le temps prévu par la théorie
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Démarche scientifiqueExpérimentation
Interprétation Validation
HypotheseLécoulement du temps est le même
partout ExpérienceComparer une horloge au sol
et une horloge dans un avion Utilisation dun
modèle théorique qui accepte lhypothèseEspace
et temps absolu, transformations de
Galilée Résultat et interprétationLes deux
horloges donnent des heures différentes.Un
paramètre inconnu a fausse le résultat OU la
théorie nest pas valide Changement de
théorieLa relativité restreinte
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Protocole expérimental
Expérience connaître leffet dun médicament 100
souris avec placebo (souris P)100 souris avec
médicament (souris M) IMPORTANT - Expérience en
double aveugle (ni la souris, ni
lexpérimentateur qui analyse les résultats ne
sait quelle souris a reçu du placebo)- Contrôler
le mieux possible les conditions expérimentales
Résultat 90 souris M (ayant reçues le
médicament) sont guéries.25 souris P (ayant
reçues le placebo) sont guéries. le médicament a
un effet (avec un certain niveau de confiance)
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Science le pays des incertitudes

• Théorie
• valide dans un domaine restreint
• possède souvent des paramètres libres
  (ajustables)
• incertitudes du modèle théorique dues aux
  paramètres libres ou à des incertitudes
  expérimentales
• Expérience
• reproductibles statistiquement seulement
• incertitudes de mesures toujours présentes
• protocole expérimental et interprétation des
  résultats inséparables de lexpérimentateur.
• Les réponses fournies par la science -
  sont toujours partielles et jamais définitives.
  - mais produisent des applications concrètes
  qui marchent.

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La science sur deux pieds et un peu plus
Incertitudes des modèles Domaine de validité
théorie
Applications concrètes laser, télévision,
avions, médicaments, lave-linge, vaccins, prise
de courant, fusée, clonage...
expérience
Incertitudes expérimentales Interprétations des
résultats
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Les conséquences dans la vie de tous les jours

• Derrière le réfrigérateur, on trouveune pompe,
  un fluide caloporteur, un moteur électrique, un
  thermostatdoncles molécules de gaz, la
  pression, la thermodynamique (Lavoisier,
  Boltzmann, Clausius...), un courant électrique
  qui fabrique un champ magnétique (Faraday,
  Maxwell...), conductivité électrique et
  température (Ohm, Drude)
• Derrière le stylo bille, on trouvele
  plastique, lencre, la pointe qui rouledoncla
  chimie des hydrocarbures, les liquides, les
  frottements solides et visqueux
• Derrière le téléphone, on trouvele plastique,
  les microphones et haut-parleurs, les
  transmissions téléphoniquesdoncla chimie, l
  électromagnétisme, le codage de linformation...

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Quelques resultats utiles
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Quelques resultats utiles?
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La science sur deux pieds et un peu plus
Incertitudes des modèles Domaine de validité
théorie
Applications concrètes laser, télévision,
avions, médicaments, lave-linge, vaccins, prise
de courant, fusée, clonage...
expérience
Incertitudes expérimentales Interprétations des
résultats
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Science sans conscience
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Science sans conscience
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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FIN
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Confusions, fausses conclusions

• Deux écueils difficiles à éviter, en science
  comme ailleurs
• Les confusions entre concepts (effet cigogne)
• Les conclusions partielles (taches
  solaires)
• Un miroir aux alouettes impossible à éviter les
  pseudo-sciences
• (qui utilisent largement les deux écueils
  précédents)
• Remède possible La Zététique

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Exemple de pseudo-science lAstrologie
Utilise les méthodes, les calculs et le
vocabulaire de la mécanique céleste Interprète
les observations expérimentales a la lumière
dune théorie (lien entre la configuration des
planètes et votre avenir ou votre caractère) qui
névolue pas et qui nest vérifiée par aucune
expérience En astronomie il existe 13
constellations du zodiaque En astrologie il
n en existe que 12 !! (avec pourtant la même
définition)
ParanormalIl ne suffit pas de voir un phénomène
pour quil existe
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(No Transcript)
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La Zététique

• Du grec zêtêin chercher
• refus de toute affirmation dogmatiqueet approche
  scientifique rigoureuse des phénomènes dits
  paranormaux gt méthodologie scientifique
• Le droit au rêve / Le devoir de vigilance

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Henri Broch Professeur à luniversité de
Nice Directeur du laboratoire de
Zététique Enseigne la Zététique en premier cycle
universitaire Enquête scientifiquement sur les
phénomènes paranormaux
www.unice.fr/zetetique
Le Cercle Zététique Rhône-Alpes Association
fondée en 2001 Investigations des phénomène
réputés paranormaux Sensibilisation à la
méthodologie zététique Diffusion de la culture
scientifique.
www.zetetique.ldh.org
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Quelques principes de zététique
La bonne foi n'est pas un argument Accorder toute
son importance à l'incertitude d'un
résultat Quantité n'est pas qualité L'analogie
n'est pas une preuve L'inexistence de la preuve
n'est pas la preuve de l'inexistence
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Quelques principes de zététique

• Une théorie scientifique est testable,
  réfutable ma théorie est forcement juste
  puisquon ne peut pas faire dexpérience montrant
  quelle est fausse! 
• Personne ne peut se tromper tout le tempsmême
  Elisabeth Teissier peut faire un jour une
  prédiction juste
• Une déclaration extraordinaire demande une
  preuve extraordinaire la pierre que je lâche va
  monter vers le ciel 
• Cest à celui qui affirme dapporter la preuve
  de son affirmation  vous ne pouvez prouver que
  ca nexiste pas, donc ca existe!! 

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Quelques effets caractéristiques
Effet Puits Plus un discours est "profond" (dans
le sens de... creux), plus les auditeurspeuvent
se reconnaître, et se reconnaître
majoritairement, dans ce discours.Exemple
l horoscope. Effet CigogneL'Effet Cigogne
consiste à tout simplement confondre corrélation
et causalité. Effet PaillassonL'Effet
Paillasson consiste à désigner une chose ou un
objet par un mot qui serapporte à autre chose et
permet ainsi de tirer des implications
erronées.C'est un effet fondamental dans le
domaine des phénomènes "paranormaux".
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Exemples

• Effet gaulois (méconnaissance de la
  physique)crainte de la foudre, marche sur
  charbons ardents, publicité radioactive,
  radioactivité naturelle et centrales nucléaires
• Effet paillasson (ne pas utiliser les mots
  exacts)prédiction des résultats du loto par une
  lettre anti-datée
• Effet cigogne (une corrélation nest pas une
  causalité)comptage de cigognes en Alsace,
  républicains américains et taches solaires...

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(No Transcript)
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Exemples

• Effet gaulois (méconnaissance de la
  physique)crainte de la foudre, marche sur
  charbons ardents, publicité radioactive,
  radioactivité naturelle et centrales nucléaires
• Effet paillasson (ne pas utiliser les mots
  exacts)prédiction des résultats du loto par une
  lettre anti-datée
• Effet cigogne (une corrélation nest pas une
  causalité)comptage de cigognes en Alsace,
  républicains américains et taches solaires...

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Exemple de conclusions partielles
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Vision plus complète!
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La science sur deux pieds et un peu plus
Incertitudes des modèles Domaine de validité
théorie
Zététique
expérience
Incertitudes expérimentales Interprétations des
résultats
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FIN