2.1 : Qu'est-ce que la science ?

Comme les autres sciences naturelles, les sciences de l'environnement rassemblent des connaissances sur le monde naturel. La science est plus qu'un simple ensemble de connaissances, elle fournit un moyen d'évaluer et de créer de nouvelles connaissances. Les méthodes scientifiques comprennent l'observation attentive, la tenue de dossiers, le raisonnement logique et mathématique, l'expérimentation et la soumission de conclusions à l'examen minutieux des autres. La science exige également beaucoup d'imagination et de créativité ; une expérience bien conçue est généralement décrite comme élégante ou belle. La science a des implications pratiques considérables et certaines sont consacrées à des applications pratiques, telles que la prévention des maladies (figure\(\PageIndex{a}\)). D'autres avancées scientifiques sont largement motivées par la curiosité. Quel que soit son objectif, il ne fait aucun doute que la science a transformé l'existence humaine et continuera de le faire.

Figure\(\PageIndex{a}\) : Les biologistes peuvent choisir d'étudier Escherichia coli (E. coli), une bactérie qui réside normalement dans notre tube digestif mais qui est aussi parfois responsable d'épidémies. Dans cette micrographie, la bactérie est visualisée à l'aide d'un microscope électronique à balayage et d'une colorisation numérique. (crédit : Eric Erbe ; colorisation numérique par Christopher Pooley, USDA-ARS)

Il existe toutefois des domaines de connaissances auxquels les méthodes scientifiques ne peuvent pas être appliquées. Cela inclut des éléments tels que la moralité, l'esthétique ou la spiritualité. La science ne peut pas étudier ces domaines parce qu'ils se situent en dehors du domaine des phénomènes matériels, des phénomènes de la matière et de l'énergie, et ne peuvent être ni observés ni mesurés.

Preuves, mesures et observations

Les scientifiques utilisent des preuves objectives plutôt que des preuves subjectives pour tirer des conclusions solides et logiques. Une observation objective est faite sans biais personnel et est la même pour tous. Le biais fait référence au fait de favoriser une chose par rapport à une autre, et cela peut conduire à des résultats inexacts. Les humains sont biaisés par nature, ils ne peuvent donc pas être complètement objectifs ; le but est d'être aussi impartial que possible. Une observation subjective est basée sur les sentiments et les croyances d'une personne et est propre à cette personne (figure\(\PageIndex{b}\)).

Figure\(\PageIndex{b}\) : Voici le Grand Canyon de Yellowstone, dans le parc national de Yellowstone. Une déclaration objective à ce sujet serait : « L'image est celle d'une cascade ». Une déclaration subjective serait : « La photo est magnifique ».

Les scientifiques peuvent également éviter les biais en utilisant des mesures quantitatives plutôt que qualitatives dans la mesure du possible. Une mesure quantitative est exprimée par une valeur numérique spécifique. Les observations qualitatives sont des descriptions générales ou relatives. Par exemple, décrire une roche comme étant rouge ou lourde est une observation qualitative. Déterminer la couleur d'une roche en mesurant les longueurs d'onde de la lumière réfléchie ou sa densité en mesurant les proportions de minéraux qu'elle contient est quantitative. Les valeurs numériques sont plus précises que les descriptions générales et peuvent être analysées à l'aide de calculs statistiques. C'est pourquoi les mesures quantitatives sont bien plus utiles aux scientifiques que les observations qualitatives.

Raisonnement inductif et déductif

Une chose est commune à toutes les formes de science : le but ultime de connaître. La curiosité et la recherche sont les moteurs du développement de la science. Les scientifiques cherchent à comprendre le monde et son mode de fonctionnement. Deux méthodes de pensée logique sont utilisées : le raisonnement inductif et le raisonnement déductif.

Le raisonnement inductif est une forme de pensée logique qui utilise des observations connexes pour arriver à une conclusion générale. Ce type de raisonnement est courant en science descriptive. Un spécialiste de la vie, tel qu'un biologiste, fait des observations et les enregistre. Les données brutes peuvent être complétées par des dessins, des images, des photos ou des vidéos. À partir de nombreuses observations, le scientifique peut tirer des conclusions (inductions) sur la base de preuves. Le raisonnement inductif implique la formulation de généralisations déduites d'une observation attentive et de l'analyse d'une grande quantité de données. L'étude de l'utilisation des terres (zones boisées, agricoles, urbaines, etc.) à travers les États-Unis et la conclusion que les zones boisées sont concentrées dans l'Ouest est un exemple de science descriptive.

Dans le raisonnement déductif, le schéma de pensée évolue dans la direction opposée par rapport au raisonnement inductif. Le raisonnement déductif est une forme de pensée logique qui utilise un principe général ou une loi pour prévoir des résultats spécifiques. À partir de ces principes généraux, un scientifique peut extrapoler et prédire les résultats spécifiques qui seraient valides tant que les principes généraux le sont. Par exemple, on peut prédire que si le climat se réchauffe dans une région, la distribution des plantes et des animaux devrait changer. Des comparaisons ont été faites entre les distributions passées et présentes, et les nombreux changements constatés sont compatibles avec le réchauffement climatique. La découverte du changement de distribution prouve que la conclusion relative au changement climatique est valide. Le raisonnement déductif, ou déduction, est le type de logique utilisé dans la science basée sur des hypothèses (voir ci-dessous).

En résumé, le raisonnement inductif passe du spécifique (une observation) au général (conclusion), et le raisonnement déductif passe du général (une hypothèse ou un principe) au spécifique (résultats).

Les deux types de pensée logique sont liés aux deux principales voies d'étude scientifique : la science descriptive et la science basée sur des hypothèses. La science descriptive (ou de découverte) vise à observer, explorer et découvrir, tandis que la science basée sur des hypothèses commence par une question ou un problème spécifique et par une réponse ou une solution potentielle qui peut être testée. La frontière entre ces deux formes d'études est souvent floue, car la plupart des projets scientifiques combinent les deux approches. Les observations mènent à des questions, les questions amènent à formuler une hypothèse en tant que réponse possible à ces questions, puis l'hypothèse est testée. Ainsi, la science descriptive et la science basée sur des hypothèses entretiennent un dialogue permanent.

La science est aussi un processus social

Les scientifiques partagent leurs idées avec leurs pairs lors de conférences, en sollicitant des conseils et des commentaires (figure\(\PageIndex{c}\)). Les articles de recherche et les données soumis pour publication sont rigoureusement examinés par des pairs qualifiés, des scientifiques experts dans le même domaine. Le processus de révision scientifique vise à éliminer la désinformation, les résultats de recherche non valides et les spéculations farfelues. Il est donc lent, prudent et conservateur. Les scientifiques ont tendance à attendre qu'une hypothèse soit étayée par une quantité écrasante de preuves provenant de nombreux chercheurs indépendants avant de l'accepter comme une théorie scientifique.

Figure\(\PageIndex{c}\) : Les scientifiques partagent des informations en publiant et en participant à des conférences. La conférence présentée ici se concentre sur la recherche sur les arachides et les mycotoxines (produits chimiques nocifs produits par des champignons). Photo prise par Sharon Dowdy (CC-BY-NC).

Caractéristiques des scientifiques

Il n'y a rien de mystérieux ni même de particulièrement inhabituel dans les activités des scientifiques. Il existe de nombreuses manières de travailler sur des problèmes scientifiques. Ils ont tous besoin de bon sens. Au-delà de cela, ils présentent tous certaines caractéristiques qui sont particulièrement, mais pas uniquement, caractéristiques de la science.

• Scepticisme — Les bons scientifiques utilisent des normes très critiques pour évaluer les preuves. Ils abordent les données, les affirmations et les théories (idéalement, même les leurs !) avec une bonne dose de scepticisme.
• Tolérance à l'incertitude — Les scientifiques travaillent souvent pendant des années, parfois pendant toute une carrière, à essayer de comprendre un problème scientifique. Cela implique souvent de découvrir des faits qui, pendant un certain temps, ne s'inscrivent dans aucun schéma cohérent et qui peuvent même étayer des explications contradictoires. Parfois, lorsque l'on écoute des scientifiques défendre vigoureusement leurs points de vue, leur confiance semble absolue. Mais au plus profond de leur cœur, ils savent que leurs points de vue sont fondés sur des probabilités et qu'un nouvel élément de preuve peut apparaître à tout moment et entraîner un changement majeur de leur point de vue.
• Bien qu'ils n'aient certainement pas le monopole du dur labeur, leur volonté de travailler de longues heures et de longues années pour résoudre un problème est la marque de tout bon scientifique. Car la science est un travail difficile.

Attribution

Modifié par Melissa Ha à partir des sources suivantes :

• Qu'est-ce que la science ? extrait d'une introduction à la géologie de Chris Johnson et al. (sous licence CC-BY-NC-SA)
• Le processus scientifique à partir de la biologie environnementale par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)
• Méthodes scientifiques issues de la biologie par John W. Kimball (sous licence CC-BY)