Erreur scientifique

Reconstitution de la carte du monde de Ptolémée par Nicolaus Germanus (en) parue dans Cosmographia Claudii Ptolomaei Alexandrini, de Jacob d'Angelo, publié en 1467[14].

Avec les débuts de la science grecque, qui voient se développer, entre autres, les mathématiques et l'astronomie, émerge une nouvelle science : la géographie. Dans ce domaine, comme dans d'autres domaines scientifiques, des erreurs ont été commises. Quelques-unes d'entre elles ont été faites durant l'Antiquité. Dans sa Géographie intitulé Geographike syntaxis, Claude Ptolémée a élaboré le système de coordonnées qui remonte au moins à l'époque d'Eudoxe[15]. Ptolémée l'appliqua à une échelle beaucoup plus vaste. Cet ouvrage monumental contenant plusieurs cartes contenait de nombreuses erreurs. Certaines, plus surprenantes que d'autres. Ainsi, l'Océan Indien, par exemple, y est représenté comme une mer fermée[Note 2].

Il arrive que des erreurs perdurent longtemps après avoir été rectifiées. Dans le domaine de la géographie, celle voulant que la Californie soit une île en est un exemple. Il existe des représentations de l'Amérique du Nord datant du milieu et de la deuxième moitié des XVII^e et XVIII^e siècles dont celle du cartographe Nicolas Sanson (ci-contre) montrant la Californie comme une île. L'erreur est encore présente sur une carte de Richard William Seale datant de 1745 alors même que cette partie du territoire nord-américain avait été correctement cartographiée comme une péninsule dès 1570 dans le Theatrum Orbis Terrarum sur une carte du monde d'Abraham Ortelius figurant dans cet atlas et de même pour la Kunyu Wanguo Quantu de Matteo Ricci imprimée en Chine en 1602.

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  Représentation cartographique de l'Amérique du Nord par Nicolas Sanson, 1650.
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  Carte de la Californie en tant qu’île (encre et aquarelle).
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  Carte de l'Amérique du Nord selon Guillaume Sanson (Rome, 1687).
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  Carte de la Californie en tant qu’île par Richard William Seale (Londres, 1703 - 1762).
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  Typus Orbis Terrarum, selon le cartographe Abraham Ortelius (1570).
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  Kunyu Wanguo Quantu.

Il est plus curieux encore de rencontrer des erreurs dans ce domaine de la part d'un auteur lorsqu'elles se trouvent situées dans sa propre région. L'une de ces erreurs de localisation géographique est publiée dans l'un des ouvrages les plus connus de l'histoire des sciences : le De revolutionibus orbium coelestium de Nicolas Copernic. Arthur Koestler a été l'un de ceux qui a attiré l'attention sur le fait que, dans son ouvrage majeur, Copernic a situé Frauenburg (Frombork) sur l'estuaire de la Vistule alors que la Vistule se jette dans la mer Baltique, près de Gdańsk (autrefois Dantzig) à 67 km à l'ouest de Fraeunburg[16]^,[Note 3]. Il situe aussi cette dernière sur le méridien de Cracovie alors que ce n'est pas le cas[16].

Dans le domaine des sciences empiriques, de nombreuses erreurs proviennent de l'interprétation soit d'observations soit de résultats. L'histoire en fournit de nombreux exemples dans le domaine de la paléontologie.

Bathybius et Eozoon

Eozoon canadense, collection paléontologique de l'université de Tübingen

Il n'est pas toujours évident pour un œil non exercé de reconnaître des fossiles. L'erreur inverse est aussi commise et des scientifiques de grand renom s'y sont laissés prendre. Ce fut le cas, en 1868, pour Thomas Henry Huxley qui pensa reconnaître une forme de vie primitive dans un échantillon de sédiments du fond marin, prélevé en 1857 dans l'océan Atlantique. Il nomma les restes de ce prétendu organisme fossile, Bathybius haeckelii. Trois ans plus tôt, en 1865, parurent une série d'articles sur un autre prétendu organisme fossile, découvert cette fois dans des roches du Précambrien. John William Dawson qui en était le principal promoteur l'avait nommé Eozoon canadense. Dans un cas comme dans l'autre, il fut démontré plus tard que les structures observées étaient le résultat de processus inorganiques. Il est intéressant de constater les réactions toutes différentes des deux protagonistes: alors que Huxley admit rapidement son erreur, Dawson campa sur sa conception initiale jusqu'à sa mort[17].

Anomalocaris

Représentation d'Anomalocaris canadensis

Anomalocaris est un arthropode ayant vécu au Cambrien moyen. Son identification a dérouté les paléontologues qui furent induits en erreur en partie à cause de l'insuffisance des registres fossiles n'ayant conservé, la plupart du temps, que certaines parties de cet organisme séparément les unes des autres. Ainsi ce qui sera reconnu plus tard comme un appendice préhenseur de l'animal a été décrit par Joseph Frederick Whiteaves en 1892 comme une créature distincte ressemblant à un crustacé en raison de sa ressemblance avec la queue d'un homard ou d'une crevette[18]. Par la suite, la bouche fossilisée de l'animal a été découverte par Charles Doolittle Walcott, qui l'a pris pour une méduse et la classa dans le genre Peytoia (en). Walcott a également découvert, lui aussi, un appendice de l'animal mais n'a pas réalisé les similitudes avec la découverte de Whiteaves et l'a plutôt identifié comme un appendice faisant partie de Sidneyia, autre animal ayant vécu à cette époque[18]. Le corps a été découvert séparément et classé parmi les Holothuries (communément appelé "concombre de mer") dans le genre Laggania (es). Puis une bouche a été trouvée avec le corps, mais a été classé par Simon Conway Morris, dans le genre Peytoia croyant à tort à la réunion fortuite de ces deux structures lors de leur fossilisation.

Peytoia nathorsti, une espèce qui a été confondue avec Anomalocaris canadensis.

Cette série d'erreurs perdura jusqu'à ce que Harry Whittington découvre sans équivoque, lors d'un examen plus minutieux d'un fossile, l'appendice et la bouche d'un organisme que l'on croyait être jusque-là respectivement une crevette et une méduse[18]. Whittington fit le lien entre les deux espèces, mais il a fallu encore plusieurs années aux chercheurs pour réaliser que Peytoia, Laggania et les appendices préhenseurs correctement juxtaposés constituaient une seule et énorme créature[18]. Une équipe de la Commission géologique du Canada avait recueilli un spécimen presque complet d'Anomalocaris canadensis en 1966 ou 1967, mais aucun des fossiles de cette espèce n'a été décrite adéquatement avant 1985 alors que Whittington et Briggs les interprétèrent comme des représentants d'un « phylum jusqu'alors inconnu »[19]^,[20]. Desmond Collins du Musée royal de l'Ontario étudia des spécimens d'Anomalocaris et Laggania récoltés ultérieurement, et en vint à la conclusion qu'ils appartiennent à une classe d'arthropodes disparus, celle des Dinocaridida, et de l'ordre des Radiodonta (en)[20]. Et en 2012, une autre étude proposa de distinguer Peytoia nathorsti (en) d'Anomalocaris canadensis selon de nouvelles données sur leur morphologie buccale[21]. Selon Desmond Collins « La longue histoire de reconstruction inexacte et d'identification erronée d'Anomalocaris et de Laggania illustre notre grande difficulté à visualiser et à classifier, à partir de restes fossiles, les nombreux animaux du Cambrien sans descendants vivants apparents[20]. »

Modèle en verre de l'espèce de radiolaire Lampromitra schultzei exposé au musée d'art moderne et contemporain de Strasbourg.

L'étude des microfossiles de micro-organismes, parmi lesquels on compte les foraminifères, les diatomées et les radiolaires, a conduit à la naissance de la micropaléontologie. Ces organismes de taille microscopique possèdent un squelette en calcaire, ou en silice comme celui des radiolaires. Les radiolaires ont été étudiés dès le milieu du XIX^e siècle par Johannes Peter Müller qui en établit la nature unicellulaire et les baptisa Radiolaria en 1858[22]. Pendant près d'un siècle, les biologistes ont toutefois considéré que les fossiles de ces micro-organismes n'avait aucune utilité en stratigraphie. En dépit du fait qu'on retrouve beaucoup moins fréquemment les microfossiles de radiolaires comparativement à ceux de foraminifères, cette conception erronée est due en grande partie à Ernst Haeckel qui a réalisé un imposant travail de classification de plus de 1 800 pages et 140 illustrations, publié en 1887[23], dans lequel 785 nouvelles espèces sont décrites à la suite de l'observation des sédiments rapportés par le HMS Challenger lors de son expédition autour du monde de 1873-1876[22]. Les squelettes des radiolaires possèdent une diversité de formes géométriques foisonnante et ce sont sur ces formes géométriques que Haeckel a basé sa classification : « Ainsi, deux formes très différentes, mais possédant chacune deux sphères et trois épines par exemple, sont classées à tort dans un même genre qui semble de ce fait avoir une répartition sur des dizaines ou des centaines de millions d'années[22]. » Il fallut attendre les travaux de William Riedel et de Maria Petrushevskaya, qui réalisèrent des études détaillées de coupes stratigraphiques à partir des années 1950 et 1960 et qui se sont poursuivies durant les décennies suivantes, pour mettre en évidence l'évolution des radiolaires. D'abord avec les travaux de Riedel dans les années 1950 qui permirent d'établir cette évolution au cours du Tertiaire, ensuite avec ceux de Petrushevskaya dans les années 1960 et 1970. À la différence de Haeckel, Petrushevskaya fonde la classification de ces micro-organismes sur l'évolution de la structure de leur endosquelette ou squelette interne[22]. D'autres campagnes océanographiques, notamment le Deep Sea Drilling Project (en) (Voir aussi Integrated Ocean Drilling Program), ont affiné l'étude des espèces chez les radiolaires au Cénozoïque dans les années 1970 puis, les années 1980, celles ayant vécu au Mésozoïque et au Paléozoïque, confirmant leur utilité comme fossiles stratigraphiques en biostratigraphie pour l'identification de ces périodes géologiques[22].

Mise en relation des quatre humeurs avec les quatre éléments et les signes du zodiaque. Illustration tirée du livre Quinta Essentia de Leonhard Thurneisser.

Dès l'Antiquité, la médecine de la Grèce antique s'est dotée d'un cadre théorique avec la théorie des humeurs du corpus hippocratique, qui sera reprise par Hérophile[24], et celle du pneuma enseignée par Galien. Outre ces théories erronées comme base d'un système médical, des médecins ont avancé d'autres explications pour expliquer certaines maladies dès l'époque classique avec Hippocrate pour qui l'hystérie devait résulter d'un déplacement de l'utérus à l'intérieur du corps de la femme. Encore au XIX^e siècle, dans les années 1860, alors même que la médecine de l'époque fait de cette maladie un trouble lié au cerveau ou aux nerfs, certains gynécologues continuaient de considérer l'hystérie comme une maladie féminine qu'ils traitaient par l'ablation du clitoris ou de l'utérus, selon Jacqueline Carroy[25].

Les tests utilisés pour la recherche des maladies qui n'offrent pas un taux de détection de 100% conduisent à des cas de faux négatifs et de faux positifs : soit certaines personnes atteintes ne sont pas détectées soit au contraire l'examinateur diagnostique la maladie chez une personne qui n'est pas malade. Dans ce dernier cas, les médecins et les personnes concernées sont aux prises avec le problème de surdiagnostic. La performance d'un test diagnostic est toujours relative à une méthode de référence (la meilleure disponible, si possible irréfutable) et varie en fonction de la fréquence (prévalence) de la maladie dans la population d'origine de la personne testée[26]. Dès lors, pour un test de qualité donnée, la valeur (comprise comme la confiance que l'on peut accorder) d'un résultat positif sera meilleure dans une population à forte prévalence que la valeur du résultat négatif. A contrario, pour le même test, dans une population à faible prévalence, la valeur du résultat négatif est meilleure que la valeur du résultat positif[27]^,[Note 4]. Ce constat détermine le choix des examens réalisés dans les programmes de dépistage (qui se déroulent dans de grandes populations au sein desquelles la prévalence est faible) par contraste avec ceux retenus dans la démarche de diagnostic individuel (qui s'adresse à un patient présentant des symptômes évocateurs et donc appartenant à un groupe à risque de maladie élevé). Pour le dépistage on retiendra des tests très sensibles qui dépistent beaucoup de malades (qui s'ignorent) mais risquent de ramener beaucoup de faux positifs. Dans un second temps toutes les personnes positives font l'objet d'un second test, à visée diagnostique cette fois, très spécifique qui écarte les faux positifs du dépistage précédent[28].

Certaines maladies sont plus difficiles à diagnostiquer que d'autres; c'est le cas du trouble bipolaire qui peut être confondu avec la dépression[29]^,[30]^,[31].

Stephen Hawking donnant une conférence à l'Université George-Washington le 21 avril 2008 à l'occasion du 50^e anniversaire de la NASA[32].

Des erreurs concernant le développement futur de l'état d'une population ou d’une personne après un diagnostic correct sont également possibles. Sur le plan individuel, l'un des cas les plus célèbres est celui du physicien Stephen Hawking. Alors qu'il était âgé de 21 ans, les médecins apprirent à Hawking qu'il était atteint de sclérose latérale amyotrophique ne lui donnant que deux ans à vivre[33]^,[34]. Bien qu'il dût vivre avec cette maladie le reste de ses jours, le célèbre physicien et cosmologiste leur donna tort en vivant jusqu'à l'âge de 76 ans[35]. Sur le plan collectif un autre exemple est celui de la fin annoncée des maladies infectieuses dans le monde sous la double pression du développement social (hygiène individuelle, assainissement public, éducation pour la santé, etc.) et du développement continu des médicaments antiinfectieux (antibiotiques, antiparasitaires, antiviraux), théorie qui a prévalu dans les années 1960-70, pour s’effondrer à partir des années 1980 avec l’émergence du sida suivi d’autres viroses humaines et animales, amenant même à définir le concept de maladies infectieuses émergentes[36].

Administration des premiers vaccins pour lutter contre la polio

En 1935 eurent lieu les premiers essais de vaccination contre la poliomyélite menés par deux équipes distinctes. L'une dirigée par le professeur John Kolmer, de l'Université Temple de Philadelphie, et l'autre par Maurice Brodie (en), un jeune chercheur de l'Université de New York.

Jonas Salk à qui l'on doit un vaccin suffisamment sûr et efficace contre la polio.

L'équipe de Kolmer avait mis au point un vaccin antipoliomyélitique atténué qui fut testé chez environ 10 000 enfants dans une grande partie des États-Unis et du Canada[37]. Cinq de ces enfants sont morts de la polio et 10 autres développèrent une paralysie, généralement dans le bras où le vaccin avait été injecté, et touchant fréquemment des enfants dans des villes où aucune épidémie de polio ne s'était déclarée. Il n'avait pas de groupe témoin, ce qui constituait une grave erreur de méthodologie[37]. Les critiques furent véhémentes de la part d'autres chercheurs : l'un d'eux a directement traité Kolmer de meurtrier[37].

De son côté, Brodie et son équipe avaient préparé un vaccin contre le poliovirus tué par le formaldéhyde, l'ayant d'abord testé sur lui-même et sur cinq de ses collègues, puis sur 7 500 enfants et adultes, et enfin 4 500 autres personnes servirent de groupe témoin[37]. Dans le groupe témoin, Brodie a signalé qu'un enfant sur 900 avait développé la polio; dans le groupe recevant le vaccin, seulement un sur 7 500 l'avait fait, rendant le vaccin efficace à 88% durant la première année. Cependant, d'autres chercheurs croyaient que le seul cas était probablement causé par le vaccin, et deux autres cas possibles furent signalés plus tard[37]. Les deux vaccins furent rejetés et deux décennies s'écoulèrent avant la reprise des recherches dans ce domaine qui mèneront au développement du vaccin Salk.

Campagnes d'injections de Lomidine dans certains pays d'Afrique coloniale dans les années 1950

Femelle de l'espèce Glossina morsitans morsitans communément nommée mouche tsé-tsé, l’un des deux vecteurs (avec Glossina palpalis) du trypanosome responsable de la maladie du sommeil[38]^,[Note 5].

L'utilisation de masse de la pentamidine à titre préventif dans les années 1950 dans le but d'éradiquer la maladie du sommeil s'est avérée être une autre erreur en dépit de résultats spectaculaires dans la régression de l'épidémie[40]^,[41]. Commercialisé en France sous le nom Lomidine, de 12 à 13 millions d'injections préventives furent administrées entre 1945 et 1960 à des personnes saines en Afrique centrale et de l'Ouest[42] (plus de dix millions durant les années 1950[41]). Les effets du médicament sur les personnes non infectées n'ont fait l'objet que d'une seule étude n'ayant porté que sur deux personnes de Léopoldville[41]. Bien qu'un recul de l'incidence de cette trypanosomiase ait été constaté, ce progrès ne fut pas sans conséquence funeste pour les populations qui reçurent ce médicament[Note 6]. Selon Guillaume Lachenal : « En novembre 1954, dans l'est du Cameroun, dans la région de Yokadouma, le village de Gribi est décimé par des cas de gangrènes de la fesse, à la suite de piqûres de Lomidine. Une hécatombe [qui provoqua] au moins 30 morts et 200 gangrènes sur 300 habitants. L'eau, mélangée à la poudre de Lomidine, était contaminée par une bactérie et avait été mal filtrée. On connaissait ce risque, on savait comment l'éviter, en employant une solution stérile, et pourtant ce genre d'accident s'est répété. Mais on continuait à employer la poudre, parce qu'elle était moins chère[42]. » Les médecins de l'époque étaient pourtant conscients des risques encourus puisqu'ils déconseillaient l'utilisation de la Lomidine aux colons européens[42].

Représentation tridimensionnelle de la molécule de thalidomide de formule C=13 H=10 N=2 O=4

L'une des erreurs les plus marquantes de la pharmacologie moderne fut l'utilisation de la thalidomide. Alors qu'elle fut prescrite aux femmes enceintes comme médicament antiémétique pour contrer les vomissements et les nausées, ses effets tératogènes sur l'embryon ne furent mis en évidence pour conduire au retrait du produit qu'après plusieurs années d'utilisation faisant des milliers de victimes atteintes de phocomélie révélant ainsi de graves lacunes dans le protocole lié à la pharmacovigilance des médicaments à usage humain. Au total, ce n'est pas moins dans 46 pays que la thalidomide est devenue disponible[43].

Frances Oldham Kelsey, une experte de la Food and Drug Administration, avait pourtant refusé que soit autorisée la mise sur le marché du médicament aux États-Unis estimant que son innocuité n'avait pas été démontrée évitant ainsi la naissance de plusieurs milliers d'enfants américains atteints de graves malformations des membres[44]^,[45].

Bien que pareil drame ayant marqué les esprits ne se soit pas reproduit depuis, certains médicaments pouvant avoir de graves effets secondaires passent malheureusement encore à travers les mailles du filet comme en témoigne le retrait, en 2004, du Vioxx commercialisé par Merck dans le traitement de l'arthrose et de la dysménorrhée après qu'une étude de la Food and Drug Administration (FDA) ait conclu que le produit a pu contribuer à 27 785 crises cardiaques et morts subites entre 1999 et 2003[46].

En 2006, c'est au tour de Pfizer de retirer le torcétrapib (en). L'entreprise avait commencé à développer ce médicament au tournant des années 1990[47]; il a été administré pour la première fois chez l'homme en 1999[47], et sa fabrication à l'échelle industrielle a débuté en 2005[47]. L'entreprise pharmaceutique fut contrainte de retirer ce produit l'année suivante[48] : les données ont montré un risque accru de mortalité de maladies coronariennes[49] chez les personnes utilisant le torcétrapib[48]. Une étude a conclu que le « torcétrapib a provoqué une augmentation aiguë de la pression artérielle et une augmentation aiguë des stéroïdes plasmatiques surrénaliens »[50].

Il arrive également qu'un médicament fasse l'objet d'un rappel du fait de sa contamination par un produit toxique. Ainsi en juillet 2018, divers lots de comprimés de valsartan ayant pu être contaminés par la N-Nitrosodiméthylamine, une molécule potentiellement cancérogène, firent l'objet d'un rappel[51].

À l'échelle mondiale, quelque 142 000 personnes seraient décédées en 2013 des effets indésirables d'un traitement médical ; en 1990, le nombre était de 94 000[52]. Un rapport de 2000 de l'Académie nationale de médecine des États-Unis a estimé que les erreurs médicales entraînent chaque année entre 44 000 et 98 000 décès évitables et 1 000 000 blessures supplémentaires dans les hôpitaux américains[53]^,[54]^,[55]. Au Royaume-Uni, une étude réalisée en 2000 a révélé qu'environ 850 000 erreurs médicales surviennent chaque année, ce qui coûte plus de deux milliards de livres sterling[56]. Une étude publiée en 2016 a révélé que l'erreur médicale est la troisième cause de décès aux États-Unis, après les maladies cardiaques et le cancer. Des chercheurs ont examiné des études qui analysaient les données sur les taux de mortalité d'origine médicale de 2000 à 2008 et ont extrapolé que plus de 250 000 décès par an résultaient d’une erreur médicale, ce qui correspond à 9,5% de tous les décès aux États-Unis chaque année[57]^,[58].

L'épidémiologie compare la fréquence d’une maladie (ou de tout événement de santé) au sein d'un groupe de personnes exposées à un agent suspect à celle d’un groupe de personnes non exposées. Pour cela l'épidémiologiste réalise des études, ou enquêtes, épidémiologiques dont certaines sont dites analytiques car elles recherchent les déterminants de cette maladie afin de proposer des interventions de santé publique permettant de contrôler la diffusion de la maladie. Certaines de ces études analytiques cherchent à évaluer l'efficacité d'une intervention (comme un traitement) sur la maladie, on parle alors souvent d'essai clinique. Il est très important que les groupes de personnes comparées (les malades et les non-malades, les personnes traitées et les non-traitées, etc.) soient réellement comparables, représentatifs, dans l'idéal identiques en tout (sauf bien sûr vis-à-vis du problème de santé étudié). On s'en approche en s'attachant à inclure dans les deux groupes étudiés des proportions identiques de personnes de même sexe, âge, milieu social, groupe professionnel, etc. Si cela n'est pas fait l'expérimentateur s'expose à introduire dans ses échantillons un ou plusieurs biais (statistique).

Carte établie par John Snow localisant les habitations des personnes atteintes du choléra en 1854.[Note 7]

Le biais est, en épidémiologie, le nom consacré de toute erreur systématique qui entraîne une interprétation erronée de la cause de la maladie, du bénéfice du traitement, c'est-à-dire qui altère la représentativité des résultats[59]. Il existe de nombreux types de biais (statistique) dont le biais de confusion est l'un des plus caractéristiques. Le biais de confusion désigne une variable qui est liée à la fois à la variable dépendante étudiée (maladie, guérison par exemple) et à une variable indépendante (sexe, âge, exposition professionnelle...) qui pourrait être une explication. Dès lors la variable « confondante » peut déformer (en plus ou en moins) le lien existant entre variables dépendante et indépendante[60].

Personne décédant du choléra au milieu du XIX^e siècle, œuvre de Pavel Fedotov.

Un exemple historique de ce type a été démontré par John Snow, qui a étudié une épidémie de choléra en 1854 à Londres (voir aussi Troisième pandémie de choléra). À ce moment une relation entre la survenue du choléra et l'altitude était constatée, les quartiers les plus bas de la ville étant les plus touchés. La qualité de l'air, meilleure dans les quartiers plus élevés, a alors été incriminée. Cette relation venait, de plus, renforcer la vieille conception de la théorie des miasmes qui imputait à la mauvaise qualité de l'air diverses maladies. Or on sait depuis John Snow qu'en fait c'est la qualité de l'eau fournie par un distributeur, se trouvant sur Broad Street dans le quartier de Soho, qui devait être mise en cause[Note 8]. Les quartiers les plus bas de Londres étaient simplement ceux qui recevaient également de l'eau de mauvaise qualité[62]. Dans cet exemple l'origine de l'approvisionnement en eau est un biais de confusion dans l'étude du lien entre la survenue du choléra (variable dépendante étudiée) et la qualité de l'air (variable indépendante supposée explicative).

Génération spontanée

Louis Pasteur (1822-1895)

Durant le XIX^e siècle, des scientifiques ont défendu l'idée de la génération spontanée de la vie. En France, Félix Archimède Pouchet a été le chef de file de la théorie de l'hétérogénie, une théorie selon laquelle la vie pouvait apparaître à partir de la matière inanimée. Loin d'être isolé, il était appuyé, outre par son fils, Georges Pouchet, par Nicolas Joly, Charles Musset, Victor Meunier, Georges Pennetier et Henry Charlton Bastian entre autres. Tous avaient une formation scientifique et appuyaient la doctrine de l'abiogénèse. C'est à Louis Pasteur que reviendra le mérite de démontrer par de nombreuses expériences que leur théorie est erronée[63].

Hiatus entre organismes unicellulaires et pluricellulaires

Dans son ouvrage L'Évolution du vivant publié en 1973, le zoologiste Pierre-Paul Grassé affirma : « Un hiatus relativement profond existe entre les unicellulaires et pluricellulaires. Il n'existe pas de mésozoaires[64]. » Cette zone intermédiaire où n'est supposé n'exister aucune vie, selon Grassé, concerne les dimensions comprises entre 100 µm et 1 mm[65]. « Il existe pourtant un groupe nommé Mesozoa[66] dont les représentants ne sont constitués que de quelques dizaines de cellules et ne mesurent que quelques centaines de µm de longueur. Ces animaux, les plus simples de tous, vivent dans les reins des invertébrés marins, poulpes, annélides ou étoiles de mer, et se nourrissent exclusivement d'urine. Les adultes sont dorsiventraux mais les larves, plus petites, sont sphériques. » nous dit Francis Hallé dans son ouvrage Éloge de la plante[65]^,[Note 9]

Photographie d'un cœur prise par E.Faccio et P.Saccheri.

Connaissances en anatomie dans l'Égypte antique

Avec les premiers balbutiements de la médecine dans l'Égypte antique nous ont été conservés à travers les écrits sur papyrus les conceptions anatomiques des médecins égyptiens pour qui le cœur était un organe qui pouvait se déplacer dans le corps[69]^,[70](voir Papyrus médicaux de l'Égypte antique). Selon les médecins égyptiens, les déplacements de cet organes étaient propres à causer des maladies qui pouvaient être diagnostiquées en tâtant le pouls[69]^,[70]. Les vaisseaux, nerfs et ligaments n'étaient pas distingués les uns des autres[71]. Quant au cerveau, nommé « moelle du crâne », dont les hémisphères et les circonvolutions à leur surface, y compris les méninges, avaient été correctement observés, l'erreur voulant que cet organe soit susceptible de répandre un liquide (liquide céphalo-rachidien), avec une pulsation intracrânienne est présente dans le papyrus Edwin Smith (la circulation sanguine n'ayant pas été mise en évidence par l'auteur de ce texte).

Thomas Willis (1621-1675)

Époques ultérieures

Aristote, quant à lui, a décrit plus de 500 espèces différentes d'animaux. Il était inévitable que parmi cette masse d'information se retrouvent plusieurs erreurs. En ce qui concerne l'espèce humaine, Aristote s'est trompé sur le nombre de côtes de la cage thoracique. Pour lui, le cerveau ne contenait pas de sang[72]. De son côté, Léonard de Vinci a commis lui aussi certaines erreurs dans ses nombreux dessins de l'anatomie humaine malgré des progrès notables dans ce domaine (voir aussi Œuvre anatomique de Léonard de Vinci). Pour ce qui est du cœur, il a commencé par dessiner un cœur rudimentaire ne comportant que deux ventricules avant d'aboutir à un cœur à quatre cavités. Il n'a cependant pas observé le péricarde ni le pancréas[73]. Une autre erreur remarquable dans ce domaine fut celle d'Hérophile de l'école de médecine d'Alexandrie qui fut l'une des rares, à l'époque, où il était permis de pratiquer la dissection du corps humain[24]. Hérophile écrivit avoir observé chez l'homme le rete mirabile, un ensemble de vaisseaux sanguins et de nerfs qu'on retrouve chez diverses espèces animales mais non chez l'homme[24]. Cette erreur ne sera vraisemblablement corrigée qu'avec Thomas Willis au XVII^e siècle et l'observation de ce que l'on nomme le polygone de Willis[74].

L'arrivée du microscope ne met pas un terme aux erreurs de description des structures anatomiques. Elles se trouvent seulement formulées à propos de structures observées à une autre échelle. Ainsi par exemple, Antoni van Leeuwenhoek, qui fut l'un des premiers à observer des fibres nerveuses au microscope, écrit en 1718 : « J'ai souvent eu le grand plaisir d'observer la texture des nerfs qui sont composés de très petits vaisseaux d'une finesse incroyable et qui, courant côte à côte, constituent un nerf[75]. » Pour Leeuwenhoek, les nerfs sont des vaisseaux : tout comme les artères et les veines, il les imagine donc creux[75].

Système nerveux central et système lymphatique

Les scientifiques ont longtemps pensé que le système lymphatique était absent du cerveau de même que du reste du système nerveux central[76]. Aucun vaisseau lymphatique ne fut observé dans le parenchyme[76]. Certains chercheurs se posèrent malgré tout cette question : pourquoi le cerveau ne signalerait-il pas au système immunitaire qu'il est infecté par un intrus microbien ? Après la mise en évidence d'une activité immunitaire dans les méninges, des chercheurs découvrirent, en 2014, l'existence de vaisseaux lymphatiques dans ces membranes chez la souris[77]. D'autres équipes ont par la suite emboîté le pas. Celle de Kari Alitalo (en)[78]^,[79], de l'université d'Helsinki, a observé la présence de vaisseaux lymphatiques similaires chez le poisson, la souris, le rat, le primate non humain et l'humain[76].

Embryon humain de neuf semaines au cours d'une grossesse extra-utérine ou grossesse ectopique.

Travaux de Léonard de Vinci

En embryologie comme ailleurs, les erreurs ne manquent pas et on trouve chez de brillants esprits de formidables intuitions côtoyant des conceptions sans aucun rapport avec la réalité. Léonard de Vinci, dont les observations issues de ses travaux en anatomie ont fait l'objet de multiples dessins de sa main, a aussi représenté le fœtus humain (voir Études du fœtus dans l'utérus). Ses travaux en embryologie ont donné lieu à diverses observations et réflexions de sa part. Il est le premier à décrire les trois membranes fœtales : le chorion, l'amnios et l'allantoïde[80] mais de Vinci va plus loin en décrivant même le principe de la circulation placentaire, indépendante de celle de la mère « ...ce qui est révolutionnaire et en avance de plusieurs siècles sur son époque[80]. » (voir aussi Placenta (Fonctions)). Le même Léonard de Vinci va cependant proposer une curieuse fonction du cordon ombilical qui, selon lui, doit servir à transporter l'urine du fœtus à l'extérieur de l'utérus[81].

Théorie de la préformation

Dès l'Antiquité, Aristote reconnut deux possibilités pour un organisme de se développer à partir d'un œuf : soit il est déjà préformé, soit l'organisme se forme au cours du développement. La première donnant lieu à la théorie de la préformation ou préformationisme, la seconde à celle de l'épigenèse[82]^,[Note 10].

La théorie de la préformation, qui s'appliquait à tous les organismes du règne végétal et animal, avait, entre autres, des racines philosophiques dans la métaphysique de Descartes, qui a introduit le concept de matérialisme. La philosophie cartésienne exige que le monde soit considéré comme complètement mécaniste et déterministe, sans qu'aucune force immatérielle n'intervienne dans les interactions des objets physiques[85]. Pour les matérialistes, l'épigenèse semblait nécessiter l'introduction d'une force vitale ou intelligence (vis essentialis) qui savait organiser les fluides parentaux dans la structure physique de la progéniture et devait donc être rejetée[85].

En ce qui concerne la théorie de la préformation, les erreurs des scientifiques se sont partagées en deux théories rivales : l'ovisme, qui fut la première proposée concevait que les organismes préformés se trouvaient dans l’œuf[85]. La théorie rivale, nommée animalculisme, se présenta avec l'arrivée du microscope[85] qui permit à Antoni van Leeuwenhoek d'observer les spermatozoïdes et voyait au contraire les êtres préformés localisés dans ces spermatozoïdes, appelés homunculus[86]. Parmi les travaux effectués au XVII^e siècle, ceux de Jan Swammerdam et Marcello Malpighi appuyèrent le préformationisme[85]. Au XVIII^e siècle, ceux de Charles Bonnet et de Lazzaro Spallanzani allèrent dans le même sens[87]^,[Note 11].

Manuscrit de Galien intitulé De pulsibus (Du pouls).

L'observation de l'isochronisme du pouls et des battements cardiaques est très ancienne mais jusqu'aux travaux de Jean Fernel, en 1542, les médecins pensaient généralement que le sang sortait du cœur lors de la diastole, le moment où il est en expansion (l'idée remonterait au moins à Galien qui pensait que lorsque le cœur se dilatait, la paroi des artères se dilatait aussi créant un mouvement d'aspiration du sang, conception qu'il aurait emprunté au médecin grec Hérophile)[88]. Fernel montrera que le sang sort du cœur avec la systole, au moment de sa contraction[89]. Ce même Galien fut à l'origine d'une erreur sur la circulation sanguine et, par conséquent, de la structure du cœur. Galien corrigea d'abord une erreur, apparemment couramment répandue à son époque, qui voulait que le sang ne circule pas dans certaines artères. Le médecin grec se convainquit de la présence du sang dans toutes les artères. Ce faisant, il rencontra certaines difficultés qui le conduisirent, par un enchaînement de raisonnements, à supposer que le sang devait circuler à travers la paroi séparant les deux ventricules à travers des pores alors que la paroi inter-ventriculaire ne permet pas cette circulation[88]. Et 1 300 ans plus tard, Léonard de Vinci admettra lui aussi l'existence de ces pores dans la paroi inter-ventriculaire[73].

Conceptions primitives du fonctionnement cérébral

Représentation schématique du système ventriculaire, en bleu, du cerveau humain.

Hérophile et son successeur Érasistrate furent parmi les premiers neuroanatomistes dont les noms nous sont parvenus[Note 12]. Très tôt, les observateurs qui ont étudié le cerveau humain ont porté leur attention sur les ventricules cérébraux auxquels ils ont dévolu une fonction. Au III^e siècle av. J.-C., Hérophile a non seulement distingué le cervelet du reste du cerveau, et observer les membranes et les sinus veineux cérébraux mais a aussi fourni la première description claire des ventricules du cerveau[91]. Pour certains, au nombre desquels faisait partie Galien, ces cavités étaient remplies d'air, alors que pour d'autres, d'après les auteurs de la Renaissance, elles étaient remplies de liquide, et elles devaient jouer un rôle pour le transport des esprits animaux, notion qui renvoie au concept d'influx nerveux[92]^,[Note 13]. Jusqu'à Léonard de Vinci, qui eut l'idée d'injecter de la cire dans les cavités ventriculaires pour mieux les décrire, la description des ventricules cérébraux contenait des erreurs[94]. Il y localise toutefois les « principales fonctions de la pensée humaine : la mémoire, l'attention, la fantaisie, la connaissance, la pensée, l'imagination, l'application et même le siège de « l'âme » se voit attribuer un territoire précis du plancher du troisième ventricule qui reçoit « l'esprit vital » monté du cœur avec la « chaleur vitale » par deux canaux para-médullaires imaginaires[94]. ». René Descartes, quant à lui, s'explique le phénomène des stimulations sensorielles comme la mise en mouvement par le cœur des esprits animaux contenus dans le cœur et les artères se rendant jusque dans les cavités du cerveau par analogie aux soufflets des orgues poussant l'air dans les tuyaux[92]. Descartes fera aussi de la glande pinéale le siège de l'imagination et du sens commun[92]. Vers 1730, alors que certains phénomènes liés à l'électricité avaient commencés à être observés, Pieter van Musschenbroek fit appel à une autre analogie trompeuse affirmant que l'électricité n'était pas le phénomène en cause concernant le fluide nerveux et que ce dernier était propulsé dans les nerfs par la systole du cerveau tout comme le sang était propulsés dans les artères par la systole du cœur[92].

Ivan Pavlov (1849 - 1936)

Les débuts de la neurophysiologie devaient forcément être accompagnés d'erreurs de conception et d'interprétation de toute sorte. Au XVII^e siècle, Thomas Willis fit faire des progrès remarquables à la neuroanatomie (Cf.). Chemin faisant, il n'a pu résister à relier certaines fonctions à diverses structures cérébrales. S'il localise le siège de la mémoire dans le cortex cérébral, Willis attribue au corps calleux celui de l'imagination tandis qu'il conçoit le cervelet comme étant le siège des mouvements involontaires[95].

À la suite des travaux d'Ivan Pavlov qui mit en évidence les réflexes conditionnés ou « réflexes conditionnels », plusieurs chercheurs en vinrent à l'idée que ces derniers ne peuvent se manifester que chez les espèces pourvues d'un cortex cérébral jusqu'à ce qu'on observe ce phénomène chez certaines espèces de poissons lesquels en sont dépourvus[96].

Jusqu'aux travaux d'Eduard Hitzig et Gustav Fritsch en 1870, diverses expériences pour tenter de faire réagir le cortex du cerveau au moyen d'un courant électrique n'avait donné aucun résultat. Il en résulta le dogme de l'inexcitabilité du cortex cérébral. Hitzig et Fritsch réussirent à provoquer chez le chien des mouvements involontaires du côté opposé de la stimulation au moyen de fines électrodes de platine séparées de quelques millimètres et d'un faible courant démontrant ainsi la fausseté de cette idée[97].

Dogme de l'absence de plasticité cérébrale

Jusque dans les années 1970-1980, il était admis que le cerveau était incapable de se modifier lors des processus d'apprentissage. Pourtant, dès 1890, William James écrivit dans The Principles of Psychology : « ...la matière organique, spécialement le tissu nerveux, semble doté d'un extraordinaire degré de plasticité[98]. » En 1923, Karl Lashley mena des expériences sur des singes rhésus qui démontrèrent des changements dans les voies neuronales et qui lui firent conclure à une preuve de plasticité cérébrale[99]. En dépit de ces premiers travaux, les neuroscientifiques rejetèrent l'idée de la neuroplasticité[99]. En 1949, l'hypothèse de la neuroplasticité reçut l'appui de Donald Hebb[99] qui présenta ce qui est maintenant connu sous le nom de règle de Hebb. Cette règle concerne plus particulièrement la plasticité synaptique qui relie l'efficacité des synapses lors de leurs stimulations répétées et propre à « induire un changement cellulaire persistant qui augmente sa stabilité »[100].

Hippocampe humain — dont l'étude a contribué à la mise en évidence de la plasticité cérébrale et de la neurogenèse dans le cerveau adulte — en comparaison avec hippocampus.

En 1964, la neuroanatomiste Marian Diamond, de l'université de Californie à Berkeley, réalisa une série de travaux chez le rat qui apporta les premières preuves scientifiques de la plasticité anatomique du cerveau. En collaboration notamment avec David Krech et Mark Rosenzweig, elle put montrer que le volume du cortex cérébral des rats était fonction de l'enrichissement de leur milieu[101]^,[102]. George Brooks, professeur de biologie intégrative à Berkeley, a déclaré : « Le Dr Diamond a montré anatomiquement, pour la première fois, ce que nous appelons maintenant la plasticité du cerveau. Ce faisant, elle a brisé le vieux paradigme de la compréhension du cerveau en tant qu'entité statique et immuable qui a simplement dégénéré avec l'âge[103]. » En 2000, des chercheurs purent établir sur le plan anatomique cette plasticité cérébrale chez l'être humain adulte. Ils purent montrer que l’hippocampe postérieur chez les chauffeurs de taxi londoniens est plus développé que celui d'autres personnes observées à titre de sujets de contrôle[104].

Dogme de l'absence de neurogenèse dans le cerveau adulte

Image confocale de cellules souches neuronales (vertes) positives à la GFP dans le bulbe olfactif du rat.

Un autre dogme de la neurologie fut battu en brèche. Pendant la plus grande partie du XX^e siècle, la majorité des chercheurs furent convaincus que le cerveau adulte ne fait que perdre des neurones sans aucune possibilité de régénération. Santiago Ramón y Cajal avait exprimé sa conviction que dans le cerveau adulte « ...les voies nerveuses sont quelque chose de fixe, de fini et d'immuable; tout peut mourir, rien ne peut renaître »[105].

Les premiers résultats à contredire ce dogme ont été publiés en 1965 avec les travaux de Joseph Altman et Gopal Das du Massachusetts Institute of Technology (MIT). Travaillant avec des rats adultes, ils ont rapporté la naissance de nouvelles cellules dans deux régions du cerveau : le système olfactif et le gyrus denté de l’hippocampe[106]. Deux ans plus tard, en 1967, les mêmes auteurs obtiennent des résultats similaires cette fois chez le cochon d'Inde[107]. Une incertitude demeurait toutefois quant à savoir s'il s'agissait bien de neurones ou de cellules gliales[106].

Dans les années 1980, d'autres chercheurs mirent en évidence l'apparition de nouveaux neurones, cette fois dans le cerveau de canaris qui apprenaient de nouveaux chants. Des indices commencèrent à s'accumuler avec d'autres expériences, comme l'augmentation du poids cérébral des rats après qu'ils ont été entraînés à retrouver leur chemin dans des labyrinthes[106]. Mais jusqu'aux années 1990, la plupart des scientifiques restèrent convaincus qu'aucun nouveau neurone ne se forme jamais dans le cerveau adulte[106].

Il fallut attendre les travaux d'Elisabeth Gould (en) à Princeton qui montra que la genèse de plusieurs milliers de nouveaux neurones se produit chaque jour dans le gyrus denté de l'hippocampe chez le singe adulte, d'abord chez le marmouset au printemps 1998, puis chez le macaque rhésus, à l'automne suivant[106]. Ces résultats chez le singe rhésus ont été rapidement confirmés, en mai 1999, par David R. Kornack et Pasko Rakic[106] alors que Fred Gage au Salk Institute, en Californie, et ses collègues de l’université de Göteborg, en Suède, observèrent le même phénomène chez l’homme[108]^,[109]^,[110].

Cerveau de cachalot exposé au Miraikan, musée national des sciences émergentes et de l'innovation de Tokyo, au Japon.

Neurones en fuseau chez les cétacés

Les chercheurs pensaient autrefois que les neurones en fuseau, ou cellules fusiformes, parfois appelés neurones de von Economo, ne se retrouvaient que dans le cerveau humain et celui des grands singes[111]. Ce type de neurones a été observé, chez l'humain, dans le cortex entorhinal, la formation hippocampique, le cortex cingulaire antérieur, la partie rostrale du cortex insulaire et la zone 9 dorsomédiale de Brodmann (BA9)[112]. Ces régions corticales ont été associées à des fonctions cognitives telles que les interactions sociales, l'intuition et le traitement émotionnel[112]. Pour cette raison, ces neurones étaient considérés comme les cellules du cerveau qui distinguent les humains et les autres grands singes de tous les autres mammifères. Il s'avère maintenant que ces neurones en fuseau existent aussi dans les mêmes régions correspondantes du cerveau chez les baleines à bosse, les rorquals communs, les orques et les cachalots[113]^,[114]. « Une observation frappante chez [l'espèce] Megaptera [(baleine à bosse)] a été la présence dans la couche V du cingulum antérieur, de l'insula antérieur et du cortex fronto-polaire ou cortex préfrontal (aire 10 de Brodmann) de grandes cellules en fuseau, dont la morphologie et la distribution sont similaires à celles décrites chez les hominidés, ce qui suggère un cas d'évolution parallèle[Note 14]. Ces cellules ont également été observées chez le rorqual commun et les plus gros odontocètes[114].^,[Note 15] »

Rôle du système immunitaire

Pendant longtemps, les chercheurs ont pensé que le rôle du système immunitaire se cantonnait à distinguer les constituants de l'organisme, le soi, de ce qui lui est étranger, le non-soi[115]^,[116]. Dans les années 1990, les travaux de Polly Matzinger commencèrent à présenter le système immunitaire sous un jour différent. Selon la chercheuse, celui-ci avait pour rôle non seulement de combattre les organismes pathogènes mais aussi d'intervenir pour réparer les tissus endommagés lors d'une lésion[115]. Des études ont montré que lors d'une lésion, les tissus émettent des signaux qui sont captés par le système immunitaire. Ce dernier est ainsi activé et intervient sur le tissu lésé[116]. Lors d'un coup violent accidentel sur un doigt par exemple, certaines molécules de l'organisme telles l'ATP, l'ADN et l'ARN se propagent dans l'espace intercellulaire[117]. Elles deviennent alors détectables par les récepteurs de type Toll et d'autres molécules présentes sur les cellules immunitaires qui réagissent à ces signaux de danger en déclenchant une réaction inflammatoire[117]. D'autres expériences ont montré que si on supprime le fonctionnement du système immunitaire adaptatif chez un organisme, le développement et la croissance des tumeurs s'en trouve accélérés alors que la guérison des tissus s'en trouve ralentie[116]^,[118]^,[Note 16] (Voir aussi Immunothérapie).

Système immunitaire et cerveau

La relation entre le cerveau et le système immunitaire est longtemps restée méconnue, les chercheurs pensaient qu'elle était inexistante mis à part dans certains cas pathologiques. Des recherches montrent en fait qu'ils sont intimement liés[119]. Dans des expériences menées à la fin des années 1990 par Michal Scwartz, de l'institut Weizmann, en Israël, les chercheurs découvrirent que l'élimination des cellules immunitaires du système nerveux central ayant subi une lésion aggrave la perte des neurones et les perturbations de fonctionnement du cerveau[120]. De même, des études de Stanley Appel, de l'hôpital méthodiste de Houston (en) et Mathew Blurton-Jones, de l'université de Californie à Irvine, ont montré par la suite que la sclérose latérale amyotrophique et la maladie d'Alzheimer se développent plus sévèrement et rapidement chez des souris privées du système immunitaire adaptatif que chez des souris normales[120].

L'une des premières études à apporter un indice que le système immunitaire intervient dans le cerveau, non seulement en cas d'infections ou de lésions mais aussi lors d'un stress psychologique fut réalisée par Jonathan Kipnis (en), Hagit Cohen et Michal Schartz. Ces chercheurs ont montré qu'en l'absence d'immunité acquise, le nombre de souris dont la réaction à un stress psychologique persistait bien au-delà de quelques heures augmentait considérablement[121]^,[Note 17].

Fécondation et hybridation

Fleur de Mirabilis jalapa, variété rose et jaune.

Les développements de la génétique et de la biologie du développement apportèrent les connaissances nécessaires à la correction de nombreuses erreurs dans ce domaine. Ainsi par exemple, Darwin partagea la croyance qu'il fallait plusieurs spermatozoïdes pour féconder un œuf et c'est avec les travaux d'Oscar Hertwig, en 1875, que vit le jour l'idée que la fécondation consistait dans la fusion de deux noyaux[122]. De même, Darwin, tout comme Charles Naudin, soutenaient qu'un seul grain de pollen ne pouvait féconder l'ovule d'une plante, affirmation qui fut démentie par des expériences de Mendel qui put obtenir avec Mirabilis jalapa plusieurs plantes viables dont la graine fut fécondée chaque fois par un unique grain de pollen[123]. Mendel, à son tour, se trompait en pensant que tous les caractères se transmettent indépendamment les uns des autres. Hugo de Vries, Carl Correns et Erich von Tschermak, les redécouvreurs des lois de Mendel, ont commis aussi la même erreur jusqu'à ce que le phénomène de linkage ou liaison génétique fut mis à jour permettant de découvrir que cette indépendance de transmission n'est vérifiée que pour des caractères dont les gènes sont situés sur des chromosomes différents[122].

Du côté du phénomène de l'hybridation, notamment dans le cas d'hybrides de plantes, certains hybrideurs, tels Joseph Koelreuter et Charles Naudin étaient d'avis que les hybrides viables avaient tendance à revenir à leur forme parentale au bout de quelques générations. En France, Henri Lecoq fut l'un des premiers à s'opposer à cette conception[124].

Affaire Lyssenko

À la fin des années 1920 et début des années 1930, après avoir conçu une nouvelle technique agricole, la vernalisation, le biologiste russe Trofim Lyssenko élabore une théorie selon laquelle des plantes, notamment des taxons de graminées céréalières, pouvaient être génétiquement modifiées par leur environnement naturel. Sur la base de cette théorie, Lyssenko pense dès lors qu'il est possible de changer le blé en seigle ou encore l'orge en avoine. Cette pseudo-théorie, qui ne s'appuyait alors sur aucune méthode expérimentale et scientifique, n'a été qu'entièrement et unanimement démantelée et réfutée par l'ensemble de la communauté scientifique internationale (y compris par l'Académie des sciences soviétique) qu'à partir des années 1964-1965, après la destitution de Nikita Khrouchtchev[125]^,[126]^,[127].

Correspondance gène-protéine

Il arrive en science que certaines idées se présentent un certain temps comme hypothèses et, qu'avec de nouvelles connaissances, acquièrent le statut de vérité pour être revues par la suite et corrigées. Ce qu'on a appelé le « dogme » un gène — une protéine en est un exemple . C'est en 1941 avec les travaux de George Beadle et Edward Tatum sur les chaînes de synthèse de métabolites qu'apparaît l'idée qu'à la synthèse d'une enzyme ne correspond qu'un seul gène.

Schéma du dogme central de la biologie moléculaire.

Elle fut vérifiée dans un premier temps tant chez les champignons que chez les bactéries[128]. Plus tard, cette hypothèse fut étendue à toutes les protéines. Avec la découverte de la structure de l'ADN et du code génétique, ce lien, au départ hypothétique, devient une certitude pour bon nombre de biologistes. Avec le temps, certains chercheurs commencèrent à découvrir que la correspondance un gène - une protéine n'était pas parfaite. Par exemple, l'hémoglobine humaine est composée de deux chaines α et de deux chaînes β alors que la synthèse de chacun de ces deux types de chaînes est dirigée par deux gènes distincts[128]. Ceux-ci commencèrent à suspecter que le nombre de gènes requis du génome des organismes était insuffisant pour la diversité des protéines synthétisées ce qui sera confirmé plus tard avec le séquençage du génome humain, en 2001. Entretemps, d'autres biologistes avaient découvert le phénomène de l'épissage alternatif qui expliquait comment un nombre limité de gènes pouvaient être à l'origine d'un nombre incomparablement plus élevé de protéines. Et en 2008, plusieurs études montrèrent qu'au moins 95 % des gènes sont assujettis à ce phénomène d'épissage alternatif si bien que les 22 000 gènes coderaient de 100 000 à 1 000 000 de protéines distinctes[129]. Un des exemples extrêmes est le gène DSCAM (en) de la drosophile qui peut donner jusqu'à 38 000 protéines de formes distinctes[130]^,[131]^,[132].

Génome et modifications

Un autre dogme dans le domaine de la génétique dut être révisé. Jusqu'à la découverte des rétrotransposons et la mise en évidence de leur action dans les cellules somatiques dont les neurones, les chercheurs pensaient que la séquence des nucléotides du génome des cellules cérébrales dans le cerveau d'un mammifère adulte était la même pour toutes les cellules et restait inchangée durant toute la vie de l'organisme[133]. Des biologistes découvrirent que le phénomène de réinsertion des rétrotransposons avec les éléments longs nucléaires intercalés et les éléments courts nucléaires intercalés modifiaient cette séquence d'un neurone à l'autre dans l'hippocampe et le noyau caudé d'abord chez la souris puis chez l'humain[133]^,[134]^,[135].

Détermination de la structure de l'ADN

Diagrammes de diffraction des rayons X de l'ADN A et de l'ADN B.

Après une série d'expériences réalisées en 1952 par Alfred Hershey et Martha Chase, il devint clair que c'était l'ADN et non les protéines qui constituait le support de l'hérédité[136]. Ces résultats conduisirent Linus Pauling, d'une part, ainsi que James Watson et Francis Crick, de leur côté, à tenter de déterminer la structure tridimensionnelle ou structure secondaire de cette molécule. Pauling, en collaboration avec Robert Corey, proposèrent un modèle décrit par une triple hélice[137]. Ce ne fut toutefois pas leur seule erreur. Pauling plaça les atomes de phosphore des groupements phosphates au centre de son modèle plutôt qu'à la périphérie[138]. De leur côté, Crick et Watson proposèrent un premier modèle qu'ils montrèrent à Rosalind Franklin laquelle les critiqua pour leur travail bâclé. Franklin put baser ses critiques sur un travail qui lui permit d'obtenir des images de diffraction des rayons X de l'ADN. Peu de temps après, Watson et Crick prirent connaissance du modèle proposé par Pauling et Corey. Il s'est avéré que les deux modèles étaient similaires : toutes les erreurs se retrouvaient dans les deux esquisses théoriques[138]. Toutefois les deux jeunes scientifiques purent bénéficier de résultats que ne disposaient pas Pauling et Corey (En plus du travail de Franklin, des informations du biochimiste autrichien Erwin Chargaff [Note 18] de même que celles provenant des travaux de June Lindsey dont les recherches la conduisant à la prédiction que les bases nucléiques complémentaires sont liées par des liaisons hydrogène seront reprises et développées par Bill Cochran. Ce qui conduisit Watson et Crick à l'élaboration de la règle d'appariement de ces bases leur permettant d'affiner leur modèle de la structure de l'ADN[139].^,[Note 19]). De même, à la différence de leurs concurrents, les données de Pauling et Corey étaient issues d'échantillons d'ADN desséché qui présente un enroulement plus torsadé que l'ADN humide[138].) Pauling eut pourtant l'opportunité de remettre en question son modèle. Un étudiant de troisième cycle à qui il avait demandé de vérifier ses calculs lui fit remarquer, arguments à l'appui, que son modèle n'était pas valable mais Pauling n'en tint pas compte étant convaincu de la justesse de son travail[138]. Lorsqu'il prit conscience de son échec, son attitude fut des plus honorables en reconnaissant publiquement son erreur et allant jusqu'à faire la promotion de ses deux concurrents en invitant Watson et Crick à un congrès qu'il organisa à la fin de 1953[138].

Cœlacanthe, spécimen présenté au Numazu Deepblue Aquarium Coelacanth Museum, Shizuoka, Japon

Découverte du cœlacanthe parmi les espèces vivantes actuelles

L'une des plus grosses surprises au XX^e siècle dans le domaine de la zoologie fut la découverte de cœlacanthes vivants alors qu'on croyait le groupe éteint depuis la fin du Crétacé[141]. Seules deux espèces vivantes sont connues : Latimeria chalumnae et Latimeria menadoensis[142]^,[143] nommées en l'honneur de Marjorie Courtenay-Latimer, la conservatrice du musée sud-africain, qui a découvert le premier spécimen en 1938[144] lequel avait été repêché dans l'estuaire du fleuve Chalumna dans la province du Cap-Oriental en Afrique du Sud[145]^,[146]. Après avoir pris contact avec l’ichtyologue James Leonard Brierley Smith, celui-ci reconnut qu'il s'agissait d'un cœlacanthe[145]^,[146]. Le cas du cœlacanthe est devenu un exemple emblématique de ce que l'on nomme un taxon Lazare. Le groupe des cœlacanthes est loin d'avoir été le seul taxon à avoir été faussement considéré comme éteint mais il compte sans doute parmi les rares groupes qui n'avaient pas été observés vivants, à tout le moins par la communauté scientifique, avant leur découverte alors qu'ils étaient connus de longue date dans le registre fossile[142].

Puissance des mâchoires chez les crocodiliens

L'une des espèces de crocodiles, dont le muscle ptérygoïde médian, qui engendre 60% de la force de morsure, est l'une des caractéristiques des crocodiliens si on exclut le gavial[147].

Même des spécialistes peuvent se tromper dans leur propre domaine. Dans celui de la biomécanique, qui pourrait apparaître aux profanes comme un domaine d'études plus simple à aborder, il y a place, là aussi, à l'erreur. Au tournant des années 2010, Gregory Erickson (en) et ses collègues réalisèrent une série d'expériences sur la biomécanique des mâchoires chez les crocodiliens qui leur permirent, entre autres, de conclure que les proportions rostrales ont changé substantiellement tout au long de l'évolution crocodilienne, mais pas en correspondance avec les forces de la morsure[148]. Les résultats de leurs travaux n'ont toutefois pas manqué de surprendre les spécialistes de ce domaine. Erikson écrit: « Auparavant, les spécialistes de ces animaux prédisaient des différences importantes entre les forces de morsure de diverses espèces crocodiliennes. Les animaux dotés de museaux fins, de fines dents et qui se nourrissaient de proies tendres telles que les poissons étaient supposés mordre avec des forces plus faibles, tandis que ceux munis de crânes massifs et de dents capables de broyer os et coquilles étaient censés mordre avec des forces élevées. Au lieu de cela, nous avons constaté que tous les crocodiliens peuvent mordre très fortement. Nos chiffres révèlent que les crocodiliens présentent les mêmes forces de morsure par unité de masse corporelle, indépendamment du régime alimentaire et de la grosseur du museau[149]^,[Note 20]. ». Ce n'est pas la seule erreur que les spécialistes de ce domaine ont commises. Erikson poursuit : « Tous les biologistes connaisseurs des crocodiliens [...] affirmaient que les alligators sauvages [...] mordaient avec une force supérieure à celle de leurs congénères en captivité [...] Au lieu de cela, nous avons découvert qu'à poids égal, ils serrent tous leurs mâchoires avec la même puissance[149]. »

Espèce du genre Crassula

Tout comme en zoologie, il est arrivé que les botanistes décrètent une espèce éteinte, ou à tout le moins soient convaincus de son extinction, alors que dans certains cas, ils eurent la surprise de la retrouver (Voir Pseudo-extinction). C'est ce qui s'est produit avec l'espèce Crassula micans, une plante vasculaire[150] parmi les cinq du genre Crassula endémiques à Madagascar[151]. Elle fut récoltée par le naturaliste français Philibert Commerson[151] lors de son séjour à Madagascar[152] alors qu'il explorait les environs de Fort-Dauphin en 1770[153]. Cette plante, conservée à Paris dans l'herbier Jussieu, n'avait jamais été retrouvée depuis et les botanistes la croyaient disparue définitivement[154]. Elle fut retrouvée en 2000 sur les rives du lac Andratoloharano par Lucile Allorge-Boiteau[154]^,[155] (voir Flore de Madagascar).

L'écureuil gris (Sciurus carolinensis), une autre espèce cachant de la nourriture pour la reprendre plus tard.

Certains scientifiques persistent à communiquer au grand public certaines conceptions reconnues erronées concernant les capacités cognitives des animaux en dépit de l'accumulation d'expériences démontrant leur fausseté. Dans la préface d'un livre, Jane Goodall écrit : « ...un nombre incalculable de personnes (tant chez les scientifiques que chez les profanes) persistent à croire que les animaux ne sont que des objets mus par leurs réactions aux stimuli environnementaux. Mais ces gens, trop souvent, consciemment ou inconsciemment, restent sourds à toutes les tentatives que nous faisons pour les faire changer d'avis[156]. ». Le psychologue Daniel Gilbert (en), par exemple, a écrit dans son livre Stumbling on Happiness, publié en 2006, que « ...l'animal humain est le seul à penser à l'avenir et que c'est là un trait définitoire de notre humanité[157]. ». Ce à quoi, Marc Bekoff (en) répond : « On croule sous les données prouvant que des individus issus de nombreuses espèces se projettent dans l'avenir; on pense au geai du Mexique (en), au renard roux et au loup cachant de la nourriture pour la récupérer plus tard. Mais il y a aussi le chimpanzé subalterne et la louve feignant de ne pas voir leur nourriture favorite en présence d'un individu dominant et qui reviennent la prendre une fois l'autre parti[158]. ». Chez les corvidés, outre le geai du Mexique, le comportement du geai buissonnier (Aphelocoma californica) dans ce domaine a également fait l'objet d'études mettant en évidence le même type de comportement[159]^,[160]^,[161]. (Voir aussi Éthologie cognitive et Mise en réserve (comportement animal))

La communauté scientifique a longtemps fait de l'utilisation de l'outil l'une des caractéristiques qui définit l'espèce humaine[162]. Jusqu'aux recherches de Jane Goodall à partir de 1960 dans une région de la Tanzanie qui allait devenir en 1968 le parc national de Gombe Stream[163], selon ce qui était accepté d'emblée, seuls les humains pouvaient construire et utiliser des outils[Note 21]. En observant à plusieurs reprises des chimpanzés se nourrissant sur une termitière, soit en plaçant des brins d'herbe dans les trous de la termitière soit en utilisant des brindilles en enlevant les feuilles pour la rendre plus efficace, Goudall observa ainsi dans ce dernier cas une forme de modification d'objet qui constitue le début rudimentaire de la fabrication d'outils[165]^,[Note 22]

Bonobo occupé à la pêche aux termites au zoo de San Diego

De même, les éthologistes croyaient les chimpanzés exclusivement végétariens jusqu'à ce que Goodall les observe chasser et manger de petits mammifères[164]. Les primatologues croyaient également à tort que les chimpanzés n'usaient pas de violence envers leurs congénères. Plus de dix ans après, les travaux de Goodall seront nécessaires pour qu'on découvre que certains individus tuent parfois les membres d'autres groupes de chimpanzés[164]. Entre 1974 et 1977, deux groupes de chimpanzés du parc national de Gombe Stream se sont combattus : les mâles de la communauté de Kasakela (en) ont attaqué les membres de la communauté de Kahama (Voir Guerre des chimpanzés de Gombe)[167].

• Cas de Hans le Malin

Hans le Malin lors d'une séance en 1909 durant laquelle le cheval est questionné.

Bien que l'étude des chevaux dans leur milieu naturel n'ait pris leur essor qu'à partir des années 1970[168]^,[169], le comportement des chevaux a fait l'objet d'études du moment que l'idée de travailler en sympathie avec un cheval pour obtenir sa coopération s'est peu à peu développée[Note 23].

Le cas de Hans le Malin dont les évènements sont survenus au début du XX^e siècle est un cas emblématique d'une compréhension erronée du comportement du cheval[Note 24]. Cet étalon noir nommé "Hans" semblait pouvoir «...additionner, soustraire, multiplier, diviser [de même que] épeler, lire, et résoudre des problèmes d’harmonie musicale » lorsqu'on l'interrogeait[172]. Une première commission, dont faisaient entre autres partie le directeur de l'Institut de psychologie de Berlin, Carl Stumpf, le zoologiste Oskar Heinroth, et un certain Paul Busch, directeur d'un cirque, étudia les prestations du cheval partant du principe qu'il pouvait s'agir soit d'une fraude soit d'un dressage comme pour les animaux de cirque. Au terme de deux jours d'investigation, les 11 et 12 septembre 1904, ils ne purent conclurent à aucune de ses possibilités[173]. Le phénomène ne put trouver une explication qu'en débordant du cadre de pensée habituelle de l'époque. Le mérite de cette découverte en revint au psychologue Oskar Pfungst qui fit faire du même coup des progrès à la méthodologie dans ce champ d'investigation en procédant à des tests en double aveugle[172]. Pfungs découvrit que le cheval ne répondait correctement que lorsque les examinateurs connaissaient la réponse[Note 25]. À l'issue de cette nouvelle enquête, il mit ainsi en évidence deux phénomènes :

1° D'une part, que les examinateurs transmettaient, à leur insu, des signaux non verbaux qui pouvaient indiquer à l'animal le moment où il devait arrêter de bouger pour donner la bonne réponse.

2° D'autre part, la possibilité pour l'animal de percevoir ces signaux et de les interpréter correctement[172].

Théorie du phlogistique

L'une des erreurs dont la jeune science de la chimie eut à se libérer fut la théorie du phlogistique initialement conçue par Johann Joachim Becher et développée par le médecin et chimiste allemand, Georg Ernst Stahl. L'un et l'autre comptant parmi les fondateurs de cette nouvelle science. Stahl, entre autres, publie en 1723 son traité Fondement de la chimie[176] jetant les bases de cette nouvelle discipline en proposant un but et une méthode : réduire les corps composés en leurs éléments et étudier leur recomposition. Il proposait également dans ce traité l'idée du phlogistique. Bien qu'erronée, il s'agissait d'un principe unificateur fournissant une explication à divers phénomènes (combustion, calcination, respiration...)[177].

Erreurs de Lavoisier

Antoine Lavoisier, dont les travaux ont fait énormément progresser la chimie, a commis certaines erreurs, lui aussi.

Laboratoire d'Antoine Laurent de Lavoisier reconstitué au musée des arts et métiers, à Paris.

• Théorie du calorique

Lavoisier repris à son compte la théorie du calorique proposée par le chimiste écossais Joseph Black selon laquelle la chaleur est un fluide. Lavoisier le classera avec la lumière parmi les éléments chimiques. En l'absence du concept d'énergie, il conçut donc la lumière et la chaleur comme étant de la matière.

• Nomenclature chimique

Lavoisier donne une définition d'un corps simple : le « dernier terme auquel parvient l'analyse [chimique] », autrement dit une substance qui ne peut plus être décomposée[178] qui correspond à la notion moderne d'élément chimique. Plusieurs substances de sa liste de trente-trois éléments chimiques étaient en réalité des oxydes[178] qui sont des composés chimiques[Note 26]. On y retrouvait entre autres la soude, la potasse mais aussi la lumière et le calorique[180].

• Théorie des acides

Lavoisier élabora également une théorie des acides selon laquelle l'une des propriétés de l'oxygène est d'entrer dans la composition d'un acide. Cette conception fut invalidée lorsqu'on retrouva cet élément dans diverses substances basiques. Lavoisier considérait par exemple le chlore comme un acide encore plus oxygéné que l'acide chlorhydrique et non comme un corps simple[180].

En 1869, année de la parution du système périodique de Mendeleïev, seulement les deux tiers des éléments avaient été découverts et certains de ces éléments occupèrent pendant de nombreuses années des cases placées au mauvais endroits[181].

Dmitri Mendeleïev rencontra des difficultés avec le groupe des lanthanides, particulièrement ceux qui suivent le cérium. Plusieurs de ces éléments nouveaux qui étaient en fait une combinaison d'éléments connus est l'une des raisons qui ont conduit le chimiste russe à les placer au mauvais endroit dans la classification[181].

Le chimiste britannique William Odling est aussi l'un des scientifiques à avoir contribué à donner naissance à un arrangement systématique des éléments chimiques[182]. En dépit de certains résultats justes auxquels il aboutit, Odling a commis l'erreur de penser que toutes les périodes du tableau périodique comptaient huit éléments[182]^,[Note 27].

Échantillon de hafnium d'un poids de 22 grammes. Dimensions: 1 cm x 2 cm x 3 cm.

Divers éléments du tableau périodique firent l'objet d'erreurs d'identification ou de classification. Certaines de ces erreurs survenues dans l'identification des éléments chimiques sont dues au fait que les chercheurs impliqués pensaient avoir découvert un nouvel élément qui avait déjà été découvert alors que d'autres sont dues au fait que des chimistes pensaient avoir isolé un élément pur alors qu'il s'agissait en fait d'un composé chimique.

En 1812, Thomas Thomson pense avoir découvert un nouvel élément qu'il baptise "junonium"[183] alors qu'il s'agit du cérium[184] découvert en 1803[185].

En 1841, Carl Gustaf Mosander annonce avoir découvert dans une substance minérale qu'il appelle "lanthana" un nouvel élément qu'il nomme didyme alors que Carl Auer von Welsbach démontrera en 1885 que cette substance est en fait composée de deux éléments : le praséodyme et le néodyme[186]^,[187].

En 1844, Heinrich Rose annonce avoir découvert deux nouveaux éléments dans la colombite. Le minéralogiste et chimiste allemand les nomme pélopium et niobium[188] en référence à Pélops et Niobé, le fils et la fille de Tantale[187]. Rose a cru avoir identifié deux nouveaux éléments là où, en réalité, il s'est avéré n'en avoir qu'un seul[187].

En 1851, Carl Bergmann annonça la découverte d'un nouveau métal dans de l'orangite, une variété minérale de thorite. Il baptisa ce métal "donarium"[189] qui s'est avéré être par la suite du thorium[187] découvert en 1829[190].

En 1862, Jön Fridrik Bahr publia l'article On a New Metal Oxide dans lequel il nomme "wasium" le nouveau métal qu'il affirme avoir découvert[187]^,[191]. Moins d'un an plus tard, ses conclusions sont attaquées par Jérôme Nicklès (1820-1869)[191]. Bahr reconnaîtra son erreur tout en corrigeant lui-même l'erreur de Nicklès qui affirmait que le wasium était plutôt un mélange de divers éléments connus : l'yttrium, le terbium et le didyme. Bahr établira finalement qu'il s'agit en fait de thorium[191].

En 1864, l'astronome britannique William Huggins annonce avoir découvert un nouvel élément inconnu sur Terre, grâce à une étude spectroscopique de la lumière émise par certaines nébuleuses planétaires et qu'il nomme pour cette raison, nébulium[192]. Ce n'est qu'en 1927 que l'astronome américain Ira Sprague Bowen démontrera que les raies des spectres observées par Huggins sont en fait celles de l'oxygène doublement ionisé[193].

En 1869, Charles Augustus Young commet une erreur similaire à celle de Huggins lorsqu'il affirme avoir détecter un nouvel élément dans la couronne solaire durant l'éclipse solaire du 7 août 1869 et qu'il baptise coronium. Bengt Edlén montra en 1943 que les raies spectrales provenaient du fer, ionisé treize fois (Fe¹³⁺) soumis à une température extrêmement élevée[194]^,[Note 28].

En 1878, le chimiste suisse Marc Delafontaine annonce avoir découvert deux nouveaux éléments qu'il nomme "philippium" et "décipium"[196] tandis que le chimiste américain John Lawrence Smith fait savoir qu'il a découvert, lui aussi cette année-là, un nouvel élément qu'il nomme "mosandrum" dans de la samarskite de la Caroline du Nord[197]. Le mosandrum de Smith s'avérera être du terbium qui fut découvert en 1843 par Carl Gustaf Mosander[198] alors que le philippium et le décipium de Delafontaine seront identifiés par la suite comme étant respectivement de l'holmium et du samarium (plus exactement un mélange de samarium et de terres rares dans le cas du décipium[199])^,[Note 29].

En 1907, Georges Urbain[201], Carl Auer von Welsbach[202] et Charles James[202]découvrent indépendamment les uns des autres que l'élément ytterbium, découvert par le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac, en 1878[203], à partir de l'ytterbine, n'est pas pur et constitue en fait un mélange de deux éléments[202]. Après une controverse opposant Urbain et von Welbach, c'est finalement la dénomination du chimiste français qui l'emporte pour la mise en évidence du nouvel élément qui porte le nom de lutécium (également orthographié lutétium)[204].

En 1917, Konstantin Avtonomovich Nenadkevich (ru) pensa avoir isolé l'élément 72 à partir d'orthite, un minéral qui contient une quantité significative d'éléments du groupe des terres rares. D'autres recherches n'ont malheureusement pu confirmer la présence de cet élément dans ce minéral[205]. Dix ans plus tôt, Georges Urbain annonce avoir identifié ce même élément et le nomme celtium. En mai 1922, Georges Urbain, en collaboration avec Alexandre Dauvillier, annoncent avoir clairement identifié l'élément 72 à l'aide d'analyses spectroscopiques. Toutefois, Urbain classe cet élément parmi les terres rares alors que Niels Bohr prédit qu'il doit plutôt faire partie du groupe des métaux de transition au même titre que le zirconium. D'autres travaux expérimentaux auront été nécessaires, dont ceux de George de Hevesy et Dirk Coster, réalisés à Copenhague en 1923, pour établir que, tout comme le zirconium, le hafnium est un métal de transition[206]^,[207].

En 1926, la découverte de l'élément de numéro atomique 61 à partir de cristallisations fractionnées de dérivées de sable de monazite est annoncée par deux groupes distincts de chimistes. Le premier, affilié à l'université d'Illinois et mené par B. Smith Hopkins, adopte le nom illinium (de symbole Il) quand le second, de l'Istituto di Studi Pratici e di Perfezionament (université de Florence) et mené par Luigi Rolla propose le nom florentium (de symbole Fr). Une controverse concernant l'attribution de la découverte de l'élément émerge dans un contexte de tensions entre les États-Unis et l'Italie. Cependant, Walter Noddack et Ida Tacke, étant incapables d'identifier l'élément 61 au sein de minéraux où il est attendu, suggèrent qu'il pourrait ne pas posséder d'isotope suffisamment stable pour être présent dans le milieu naturel. La formulation de la loi de Mattauch (en) renforce cette idée. Les découvertes de l'illinium et du florentium sont consécutivement rétractées. L'élément 61 est isolé par Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin (en) et Charles D. Coryell (en) en 1945 [Note 30], parmi les produits de fission de l'uranium. Le groupe adopte le nom prométhéum (de symbole Pm), modifié plus tard en prométhium (le symbole est inchangé). Finalement, l'élément est identifié dans la nature en 1968, dans de la pechblende d'Oklo, grâce à l'évolution des techniques d'analyse[209].

De nombreuses erreurs ont été commises en criminalistique notamment en ce qui concerne les résultats d'analyses d'ADN. Le travail de contre-expertise de Brandon L. Garrett, professeur à l’école de droit de l'université de Virginie (en), et Peter Neufeld (en), cofondateur de l’Innocence Project, a permis, d’innocenter 261 personnes qui avaient été condamnées. Les experts avaient conclu que l'analyse de leur ADN correspondait à celui recueilli sur les lieux de crimes commis. Garrett et Neufeld purent démontrer que leur ADN ne correspondait pas à celui du véritable coupable (« plus de la moitié d’entre eux avaient pourtant été, notamment, condamnés sur la foi de preuves apportées par la police scientifique et technique qui, par la suite, se sont en fait avérées erronées »). « Sur les 137 cas qu’ils ont analysés, en 2009, pour leur étude qu’ils ont consacrée aux erreurs des “experts” de la police scientifique et technique, Garrett et Neufeld ont découvert 11 erreurs judiciaires imputables, en partie, à une mauvaise interprétation ou exploitation de "la preuve par l’ADN"[210]. »

Ces divergences d’expertises ne sont pas très étonnantes selon Raphaël Coquoz, chargé de cours à l’École des sciences criminelles de l’université de Lausanne et spécialiste de l’ADN:

« Un profil ADN n’est pas quelque chose d’univoque. [...] L’analyse ADN donne une probabilité que telle ou telle personne ait été présente à un endroit. Le concept de probabilité est parfois difficile à entendre quand on aimerait voir les choses en blanc ou en noir. En présence d’un profil “faible”, lorsque les traces sont infimes ou mélangées, la probabilité diminue. Lorsque le profil est de bonne qualité, les certitudes sont élevées, mais on n’est jamais sûr à 100%. L’ADN n’est qu’un outil parmi d’autres, qui peut mener à des erreurs judiciaires[210]. »

La qualité des échantillons recueillis est très variable. Parfois, ils contiennent trop peu d'ADN, parfois l'ADN est abîmé, dégradé, pollué, et parfois les échantillons comportent plusieurs ADN, qui peuvent se masquer les uns les autres rendant son analyse encore plus difficile à compléter[210]. (Voir Disculpation d'accusés et de condamnés)

Grand diadème du trésor de Priam, découvert lors des fouilles menées par Schliemann sur le site de Hissarlik, exposé au musée des Beaux-Arts Pouchkine, à Moscou.

Heinrich Schliemann et les fouilles à Hissarlik

L'archéologie offre un exemple d'erreurs rencontrées lors de l'émergence d'une nouvelle discipline scientifique[Note 31]. À la même époque que Giuseppe Fiorelli, qui dirigea apparemment les premiers travaux méthodiques de fouilles archéologiques en Italie[211], Heinrich Schliemann entreprit des fouilles sur la colline d'Hissarlik située à l'entrée du détroit des Dardanelles, dans la province turque de Çanakkale, dans une région qui s'appelait autrefois la Troade. Schliemann, qui avait été précédé sur ce site par le diplomate et archéologue amateur Frank Calvert, entreprit de fouiller ce site à partir de 1870[212]. Bien que les travaux sur le site de Hissarlik, qu'il fit considérablement avancer, firent progresser les connaissances de la région de l'époque préhomérique — époque dont les évènements se sont déroulés durant l'Helladique (de 3000 à 1000 av. J.-C.) et les siècles obscurs (du XII^e au VIII^e siècle av. J.-C.) — les méthodes de fouilles de Schliemann étaient différentes de celles de Fiorelli pour ne pas dire à l'opposé. Elles évoluèrent avec l'arrivée de Wilhelm Dörpfeld en 1882[213]^,[Note 32]. Sur le plan strictement scientifique, la principale erreur de Schliemann fut de situer l'époque concernant le récit homérique de la guerre de Troie, soit les 12^e, 13^e voire 14^e siècle av. J.-C. (voir Guerre de Troie (datation)), dans le mauvais niveau du site. Schliemann était convaincu que cette période se trouvait localisée dans le niveau II. Ce niveau « ...contenait les murs d'une fortification détruite par un incendie et de spectaculaires objets d'or, que Schliemann nomma le « trésor de Priam »[215], Priam étant le roi de Troie dans le récit homérique de l'Iliade[214]. ». Wilhelm Dörpfeld aurait été le premier à constater l'erreur de Schliemann et de concevoir que l'époque en question se trouvait plutôt située au niveau VI ou VII, indépendamment de la cité antique dont l'identification restait à confirmer[Note 33].

Reconstitution des monuments de l'enceinte du temple d'Amon à Tanis.

Masque funéraire de Psousennès Ier découvert sur son lieu de sépulture à Tanis.

Localisation de Pi-Ramsès

Dans le domaine de l'archéologie, une autre des erreurs notables a porté sur la localisation de l'antique cité de Pi-Ramsès que les archéologues Flinders Petrie dans les années 1880 et Pierre Montet dans les années 1930 ont cru avoir retrouvée sur le site de Tanis[217]^,[218]. En dépit de statues de Ramsès II et d'inscriptions y faisant référence les ayant induit en erreur, les travaux de l'archéologue et égyptologue autrichien Manfred Bietak montrèrent que Qantir était le lieu où avait été édifiée la ville de Pi-Ramsès[219]. (Des hésitations demeureraient sur sa localisation précise. Il semblerait en fait que cette ville portuaire, dont la superficie aurait été estimée à 18 km², soit correspondrait à l’actuelle Tell el-Dab'a, Qantir et Kathana, soit aurait été située entre ces trois sites[220]^,[221].)

Structure interne de la Terre :
(1) Croûte continentale
(2) Croûte océanique
(3) Subduction
(4) Manteau supérieur
(5) Point chaud
(6) Manteau inférieur
(7) Panache
(8) Noyau externe
(9) Noyau interne
(10) Cellule de convection
(11) Lithosphère
(12) Asthénosphère
(13) Discontinuité de Gutenberg
(14) Discontinuité de Mohorovicic
(?) Amande ?

Avant la découverte de la radioactivité, diverses procédures furent imaginées par les scientifiques pour tenter d'obtenir une estimation de l'âge de la Terre. D'abord un débat qui ne prendra véritablement naissance sur le plan scientifique qu'au XVIII^e siècle avec Buffon et Halley[222], ce débat finira par devenir une véritable controverse à partir des années 1860[223]. C'est à cette époque que physiciens, géologues et naturalistes aboutirent à des estimations inconciliables pour l'âge de notre planète. Charles Darwin, avec sa théorie de la sélection naturelle, avait besoin de concevoir que la Terre avait au moins quelques centaines de millions d'années[Note 34] en accord avec l'uniformitarisme mis de l'avant par James Hutton et développé entre autres par Charles Lyell. Et, de façon générale les géologues, à l'instar de Darwin, optaient pour une échelle des temps géologiques d'une durée comparable[223].

Le physicien William Thomson, quant à lui, était d'un tout autre avis. Thomson fit appel à la thermodynamique. S’appuyant sur l’équation de la chaleur de Joseph Fourier, il parvint d'abord, dans un premier temps, à une estimation située dans une fourchette de 20-400 millions d’années en 1862, puis, en 1897[222], poussant plus loin ses calculs en tenant compte de divers facteurs, il aboutit comme valeurs à un âge avoisinant les 20 à 40 millions d’années[222].

En 1895, John Perry, qui fut l'un des assistants de Thomoson à l'université de Glasgow, contesta l'hypothèse de ce dernier sur la faible conductivité thermique à l'intérieur de la Terre à partir du même gradient de température et, par voie de conséquence, ses estimations. Son modèle le conduisit plutôt à suggérer un âge de 2 milliards d’années[222]^,[224].

En 1904, lors d'une conférence à la Royal Institution de Londres, en présence de Thomson lui-même, Ernest Rutherford montre que les calculs du physicien s'appuient sur une hypothèse fausse en présupposant l'absence d'une source de chaleur à l'intérieur de la Terre n'ayant pas pris en compte le phénomène de la radioactivité[223]. Dès novembre 1905, Bertram Boltwood put dater, grâce à sa méthode de datation radiométrique, l'âge de plusieurs minerais entre 92 et 570 millions d'années[223]. Quelques années plus tard, Boltwood, obtint comme valeurs des âges de plus de 1,6 milliard d'années pour la datation de roches[223]. Et, en 1956, Clair Patterson, parvint à estimer l'âge de notre planète à 4,55 milliards d'années grâce à la méthode de datation par l'uranium-plomb qu'il développa[225]^,[226].

Des erreurs de raisonnement dans les sciences empiriques sont également présentes. De nombreuses erreurs dans l'histoire des sciences ont consisté à maintes reprises à proclamer l'impossibilité d'un phénomène dont les raisonnements ont été réfutés par la suite. Ainsi, à la suite des travaux d'Alfred Wegener, le mathématicien et géophysicien britannique Harold Jeffreys était convaincu d'avoir prouvé, chiffres à l'appui, que la Terre était trop rigide pour que la dérive des continents fut possible[227]^,[228].

Illustration de la dérive des continents avec le fractionnement de la Pangée alors que toutes les terres émergées étaient réunies pour former un seul supercontinent (à gauche).

L'une des erreurs de Galilée fut de proposer une explication erronée au phénomène des marées. Galilée rejetait l'explication, admise à son époque, selon laquelle la Lune est responsable de ce phénomène. Le savant italien traite de ce sujet dans un ouvrage qui s'était intitulé à l'origine Dialogue sur les marées[229] et qui sera finalement connu sous le titre Dialogue sur les deux grands systèmes du monde. Selon lui, le flux et le reflux de la mer était attribuable uniquement aux mouvements annuels et diurnes de la Terre[230]^,[Note 35].

Absence de vie marine dans les profondeurs

Anémones de mer (A), (B), et (C) gastéropodes (D), étoiles de mer (E) et pieuvre (F) vivant tous à une profondeur au-delà de 2 000 m. (Observations faites entre 2 394 et 2 608 m)[232]

En 1843, Edward Forbes a proposé l'hypothèse azoïque (en) (parfois appelée théorie des abîmes) selon laquelle l'abondance et la variété de la vie marine diminuent avec la profondeur et, par extrapolation de ses propres mesures, Forbes a calculé que la vie marine cesserait d'exister au-delà de 300 brasses (1 800 pieds ; 550 mètres). La théorie était basée sur les découvertes de Forbes à bord du HMS Beacon, un navire d'arpentage sur lequel il avait été nommé naturaliste par le commandant du navire, le capitaine Thomas Graves. Avec Forbes à son bord, le HMS Beacon fit le tour de la mer Égée le 17 avril 1841, depuis Malte. C'est à ce moment que Forbes a commencé à prélever des échantillons de dragage à diverses profondeurs de l'océan. Il a observé que les échantillons provenant de plus grandes profondeurs présentaient une biodiversité plus faible avec des créatures qui étaient généralement de plus petite taille[233].

Forbes a détaillé ses observations de la mer Égée dans son rapport de 1843 intitulé Report on the Mollusca and Radiata of the Aegean Sea. Ses conclusions furent largement acceptées par la communauté scientifique et ont été renforcées par d'autres personnalités scientifiques de l'époque. Le géologue David Page (en) fit valoir de son côté qu'avec l'augmentation de la profondeur, l'augmentation de la pression devait empêcher le développement de toute forme de vie du fait que, "selon l'expérience, l'eau à 1 000 pieds de profondeur est comprimée à 1⁄340 de son propre volume[234]".

Colonie de vers tubicoles géants Riftia pachyptila observés avec des anémones et des moules lors de l'expédition du rift des Galápagos de la NOAA en 2011[235].

La théorie n'a été réfutée qu'à la fin des années 1860[236] lorsque le biologiste Michael Sars, professeur de zoologie à l'Université Christiania (aujourd'hui université d'Oslo), a découvert la présence d'une vie animale à une profondeur supérieure à 300 brasses[233]^,[237]. 427 espèces animales avaient été trouvées le long de la côte norvégienne à une profondeur de 450 brasses à la suite de cette expédition[236]. En 1869, Charles Wyville Thomson découvrit à son tour de la vie marine à partir d'une profondeur de 2 345 brasses (14 070 pieds ; 4 289 m) lors d'opération de dragage, discréditant ainsi la théorie azoïque de Forbes[236] (Voir aussi Expédition du Challenger).

Un siècle plus tard, en 1977, la découverte des monts hydrothermaux fit faire un nouveau bond dans l'exploration de la vie marine des grands fonds océaniques avec l'observation d'espèces animales vivant dans des conditions que les biologistes avaient crues jusque-là impropres à toute vie[238]^,[239] (Voir Origine de la vie).

Absence de vie microbienne dans les eaux de surface

Photographie par microscopie électronique en transmission de la cyanobactérie Prochlorococcus.

Pendant longtemps, jusque dans les années 1980, la communauté scientifique a considéré que les eaux de surface océaniques étaient dénuées de vie microbienne[240]. Des recherches montrèrent au contraire qu'une seule goutte d'eau de ce milieu contenait 1 000 000 de microbes dont 10% sont constitués par la cyanobactérie Prochlorococcus[240] découverte en 1988 par Sallie W. Chisholm et ses collègues[241] mettant au jour l'organisme photosynthétique le plus abondant du milieu océanique[241]. Parmi les autres organismes de cet écosystème microbien, Pelagibacter est un des composants du bactérioplancton presque aussi abondant que Prochlorococcus[242]. Ces deux types de microorganismes vivent en symbiose regroupés au sein de colonies riches en éléments nutritifs (carbone, phosphore, azote, soufre...)[243].

Négligence des mixotrophes dans les réseaux trophiques

Noctiluca scintillans, un organisme mixotrophe non constitutif, spécialiste et endosynbiotique[244]^,[Note 36].

Pendant longtemps, les spécialistes de biologie marine ont considéré que les réseaux trophiques du milieu marin n'étaient constituées que de deux types d'organismes : le phytoplancton représentant les organismes autotrophes et le zooplancton représentant les organismes hétérotrophes[247]. Une troisième catégorie d'organismes était connue, les mixotrophes. La mixotrophie désigne la capacité pour un organisme de se nourrir à la fois par photosynthèse et par l'ingestion de constituants organiques combinant ainsi l'autotrophie et l'hétérotrophie chez un même organisme. La mixotrophie a longtemps été considérée comme une simple curiosité et la plupart des biologistes étaient d'avis que les mixotrophes ne jouaient aucun rôle d'importance dans les chaines alimentaires en milieu marin[247]. Il fallut de nombreuses études dont celles de Diane Stoecker, travaillant au laboratoire Horn Point à l'université du Maryland, pour rendre obsolète cette conception[247]. Les travaux de cette chercheuse publiés à partir des années 1980 montrèrent que la mixotrophie était loin d'être négligeable dans le milieu océanique. Ces travaux, et ceux d'Aditee Mitra, entre autres, montrèrent en fait que la plupart des microorganismes planctoniques sont mixotrophes[248]. Ils se retrouvent répartis dans tous les milieux marins : non seulement sont-ils présents en pleine mer mais ils colonisent aussi les littoraux, des pôles jusqu'à l'équateur[247]^,[248].

La météorologie est un domaine, parmi d'autres, très sensible aux erreurs. Les météorologues se doivent de fournir une image suffisamment précise de l'état de l'atmosphère lors de la modélisation sans quoi les erreurs introduites au début se propageront et iront en s'amplifiant[249].

Exemple de carte météorologique illustrant les zones où il y a des blocages d'air froid dans le monde.

Les modèles informatiques doivent intégrer des connaissances sur de nombreux phénomènes interagissant entre eux: vitesse et direction des vents; transformation de la chaleur reçue du Soleil par les océans, le sol, l'air, et les nuages; condensation de la vapeur d'eau en nuages et transformation des gouttelettes d'eau en pluie, en glace, ou en neige et mélange de l'air près du sol, entre autres phénomènes. Les erreurs commises dans la prévision d'un de ces phénomènes peuvent se propager à la prévision des autres, ou peuvent amplifier les erreurs d'autres sous-systèmes du modèle[249]. Les spécialistes doivent donc s’assurer que le niveau d’erreur reste stable au cours de la simulation[250].

Pour certaines modélisations, les erreurs peuvent croître très rapidement si certaines conditions ne sont pas respectées telle la contrainte classique de stabilité, connue sous le nom de condition de Courant-Friedrich-Lewy ou condition CFL[251] qui « ...spécifie que le vent dans une maille ne doit pas transporter l’air présent dans cette maille de plus de la taille d’une maille en un pas de temps. Si cette condition n’est pas vérifiée dans un schéma, l’erreur grossit jusqu'à atteindre des nombres infiniment grands, le schéma devient instable, on dit que le modèle explose[250]. »

Atmosphère lunaire

L'une des erreurs d'Isaac Newton, rarement signalée, se trouve dans son traité d'optique intitulé Opticks : or a Treatise of the Reflexions, Refractions Inflexions and Colours of Light. Dans la septième proposition de la première partie du livre premier, Newton mentionne que la lumière des étoiles nous apparaît ponctuelle. Il écrit : « Or que la distance incommensurable des étoiles fixes les fasse paraître comme autant de points, c'est ce qu'on peut inférer de ce qu'étant éclipsées par la Lune, elles ne disparaissent et ne reparaissent point par degré comme le font les planètes mais instantanément ou presque instantanément car la réfraction de l'atmosphère de la Lune prolonge un peu la durée de leur disparition et réapparition[252]. ». La Lune étant pratiquement dénuée d'atmosphère, l'explication proposée par Newton est incorrecte dans ce cas-ci[Note 37].

Lois de Kepler

Page frontispice de l'Astronomia nova (1609), de Johannes Kepler dans lequel il publie ses deux premières lois.

Il arrive qu'un chercheur ou un savant fasse des erreurs et que celles-ci se compensent pour donner le bon résultat! L'un des exemples les plus édifiants à ce sujet est sans doute la démarche qu'a suivie Kepler pour parvenir à la découverte de ses deux premières lois. Pour ce faire, Kepler a commis non pas une mais trois erreurs. Ce cas est suffisamment inusité pour qu'il vaille la peine de citer Arthur Koestler qui le détaille. Kepler découvre d'abord le rapport inverse des vitesses d'une planète aux points extrêmes de son orbite (le périhélie et l'aphélie). Toutefois... « en étendant [cette relation] à l'orbite toute entière il faisait une généralisation parfaitement injustifiée. Kepler le savait et l'admit... [Ensuite pour faciliter ses calculs, voici ce qu'il écrit dans son Astronomia nova]: « Sachant qu'il y a un nombre infini de points sur l'orbite et un nombre infini de distances il me vint l'idée que la somme de ces distances est contenue dans l'aire de l'orbite. » C'est sa deuxième erreur car, comme le rappelle Koestler, « il n'est pas permis d'égaler une aire à la somme infinie de lignes [se trouvant à l'intérieur de celle-ci]. Et à nouveau, Kepler le sait et il explique même pourquoi ce n'est pas permis! Il ajouta qu'il avait fait une erreur en considérant une orbite comme circulaire. En concluant : « Mais ces deux erreurs — c'est comme un miracle — s'annulent [...] comme je le prouverai ci-dessous »[256]. Le résultat est encore plus miraculeux que ne le croyait Kepler car en expliquant pourquoi ses erreurs s'annulent il se trompa une fois de plus [...] Or par trois méthodes fausses défendues de façon encore plus fausse, il tomba sur la loi juste[257].» Ses trois suppositions fausses étaient :

• la vitesse de la planète varie de façon inverse de la distance au Soleil ;
• l'orbite de la planète est circulaire ;
• la somme des vecteurs reliant la planète au Soleil est égale à l'aire dans laquelle ils se trouvent compris.

De même, des contradictions peuvent se glisser dans un ouvrage de vulgarisation écrit par un savant. Galilée lui-même n'en a pas été exempt. Ainsi, dans son ouvrage Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, il tente d'expliquer pourquoi il ne serait pas possible à un corps céleste tel le Soleil de se déplacer autour d'un autre tout en maintenant son axe de rotation parallèle à lui-même alors que plus loin, dans le même ouvrage, Galilée explique que la Terre se déplace de cette façon[258].

Trépidation des équinoxes

La trépidation des équinoxes (en) se réfère à une oscillation hypothétique accompagnant le mouvement de précession des équinoxes. Les premières traces de la conception de ce mouvement se retrouvent dans un écrit de Théon d'Alexandrie du IV^e siècle de notre ère : Petit commentaire sur les tables pratiques de Ptolémée. Un ouvrage destiné à servir d'abécédaire pour les étudiants[259]. L'auteur mentionne que d'après certains astronomes anciens, la précession des équinoxes, plutôt que d'être un mouvement constant et sans fin, inversait sa direction tous les 640 ans[260]^,[261]. Les équinoxes, dans cette théorie, se déplacent à travers l'écliptique au rythme de 1 degré en 80 ans jusqu'à atteindre 8 degrés, après quoi ils inversent soudainement la direction de leur mouvement et reviennent à leur position d'origine.

Au IX^e siècle, la description de ce mouvement prend un nouvel essor avec les travaux de l'astronome arabe Thābit ibn Qurra. Les historiens disposent d'une traduction latine de l'un de ses ouvrages dont l'original en arabe a été perdu, De motu octavae sphaerae (Sur le mouvement des huit sphères)[262]. Selon lui, l'écliptique devait être affecté d'un mouvement d'oscillation décrivant un cercle d'une amplitude de 8° avec une périodicité de 4 000 ans[263]. Pendant le Moyen Âge et jusqu'à la fin du XVI^e siècle, la précision des tables astronomiques fut affectée en tenant compte de ce mouvement d'oscillation[263]. L'astronome andalou Al-Zarqali, entre autres, pris en compte ce mouvement dans l'établissement des tables de Tolède[264]. Il fallut attendre la précision des observations de Tycho Brahe pour que les astronomes réalisent que ce mouvement n'existe pas[263].

M51 (NGC 5194) et NGC 5195, image prise par le télescope spatial Hubble.

Localisation extragalactique des nébuleuses

En 1750, l'astronome anglais Thomas Wright émis l'idée que les étoiles de la Voie lactée pourraient être maintenues ensemble par des forces gravitationnelles et constituer un ensemble en rotation semblable au système solaire mais à une échelle beaucoup plus grande[265]^,[266]. Dans un traité paru en 1755, Emmanuel Kant développe cette idée et va jusqu'à suggérer que certaines nébuleuses sont aussi vastes que la Voie lactée et constituent elles aussi des "univers-îles", ce qu'on nommera plus tard des galaxies[267].

Il faudra attendre le XX^e siècle pour que ces idées soient acceptées. Certaines observations s'y sont opposées dont celles de Heber Curtis et d'Adriaan van Maanen. En se basant sur les vitesses radiales de certaines galaxies mesurées par Vesto Slipher, Curtis en avait déduit qu'elles se situaient à environ 3 000 parsecs, les situant ainsi à l'intérieur de la Voie lactée. Van Maanen, quant à lui, travailla pendant plus de dix ans à déterminer la période de rotation de certaines galaxies spirales. La période moyenne qu'il obtint était de l'ordre de 85 000 ans ce qui aurait donné une vitesse de rotation inconcevable si elles avaient été situées à l'extérieur de la Voie lactée[268]. Certains astronomes furent sceptiques face à ces données en dépit du fait que les résultats de van Maanen étaient soutenus par Harlow Shapley. Il fallut plus tard admettre que les résultats de Curtis et de van Maanen n'étaient pas valables[268]. Curtis admis toutefois son erreur et devint même un fervent défenseur de la thèse extragalactique. Le débat organisé par l'Académie nationale des sciences en avril 1920 qui l'opposa à Harlow Shapley a fait date dans l'histoire de l'astronomie[268]^,[269].

Pas plus que Curtis et van Maanen, Ejnar Hertzsprung ne put établir avec justesse, même de façon approximative, la distance d'un système extragalactique. Travaillant à l'observatoire de Potsdam[Note 38], près de Berlin, dans les années 1910, Hertzprung parvint à évaluer la distance de 13 étoiles variables et, grâce à la relation période-luminosité établie par Henrietta Swan Leavitt[271], calcula la distance du Petit Nuage de Magellan[272]. Toutefois Hertzprung se trompa dans ses calculs et le situa à une distance dix fois plus rapprochée qu'il ne l'est selon les estimations modernes[272]. En 1922, John Charles Duncan découvrit des étoiles variables dans M31 (la galaxie d'Andromède) : onze des quinze étoiles étaient des céphéides. Utilisant ces données et les résultats du travail de Leavitt, Edwin Hubble, put calculer la distance de M31 et M33 à environ 250 000 parsecs. La localisation extragalactique de ces nébuleuses étaient ainsi clairement établie[268].

Localisation du système solaire

Les travaux de Harlow Shapley à l'observatoire du Mont Wilson à partir de 1914 ont permis de corriger une erreur en localisant le système solaire à une certaine distance du centre de notre galaxie. Des travaux antérieurs basés sur des techniques de comptage d'étoiles indiquaient faussement que le Soleil se trouvait au centre de la Voie lactée[273].

Détermination de la trajectoire d'astéroïdes

L'astéroïde (101955) Bénou est parmi les objets géocroiseurs ayant fait l'objet d'observation sur plusieurs années[274]. Images prises par la sonde OSIRIS-REx le 3 décembre 2018.

Il n'est pas rare que les astronomes doivent réviser leurs estimations concernant la trajectoire d'astéroïdes qu'ils observent et leur probabilité d'impact avec la Terre : « ...la raison [...] est que la détermination de l'orbite est basée sur des mesures erronées dues à l'atmosphère terrestre et d'autres facteurs (voir, entre autres, Effet YORP, Effet Yarkovsky et Sensibilité aux conditions initiales). Cela limite la mesure de la position de l'astéroïde et se combine avec toutes les autres erreurs de mesure pour créer l'espace d'incertitude original[275]. » Ces erreurs se combinent aux données d'observation insuffisantes lorsqu'un nouvel astéroïde est détecté. Elles ne portent donc pas sur les calculs comme tels. L'un des problèmes réside dans les observations fragmentaires : deux ou trois semaines d'observations ne suffisent pas pour déterminer de façon concluante la trajectoire d'un astéroïde observé pour la première fois[275]. À titre d'exemple, il faut deux à quatre ans de suivi pour un astéroïde avec une période orbitale de 2,29 ans pour prédire utilement son orbite sur quelques décennies[275]. En juillet 2002, un risque de facteur d'impact positif sur l'échelle de Palerme avec la Terre impliquant l'astéroïde (89959) 2002 NT7 a alerté les médias[276]. Les prévisions de ses paramètres orbitaux furent ensuite améliorées[277] pour écarter un éventuel risque de collision.

Monument funéraire de Karl Schwarzschild au cimetière de la ville de Göttingen, Allemagne.

Albert Einstein publia sa formulation de la relativité générale dans l'édition du 15 novembre 1915 des Comptes rendus de l'Académie des sciences de Prusse. Presque aussitôt, Karl Schwarzschild en prit connaissance et calcula, à partir de la nouvelle équation d'Einstein, la courbure de l'espace-temps pour une étoile sphérique sans mouvement de rotation et transmis ses résultats à Einstein au début de 1916, quelques mois avant sa mort[278].

Lorsque l'étoile poursuit son effondrement selon ce qu'indiquent les équations, la solution de Schwarzschild aboutit à une singularité au rayon de Schwarzschild. La plupart des physiciens, y compris Einstein, pensaient alors que la géométrie de l'espace-temps devenait singulière à cet endroit. Pendant plusieurs années, les physiciens pensèrent que cette singularité au rayon de Schwarzschild avait une existence réelle alors qu'elle n'existe en fait que dans le système de coordonnées stationnaires employé par Schwarzschild[279].

En 1921, Paul Painlevé aurait été le premier à mettre en lumière ce fait et comprendre qu'il était possible de prolonger cette solution à travers cette région jusqu'à la singularité réelle au centre[280]. En 1932, Georges Lemaître va démontrer de manière explicite que de la matière en chute libre peut franchir ce rayon sans rencontrer de singularité[281] et, en 1958, David Finkelstein (en) proposera une description plus simple de cette géométrie[282].

Nombreux sont les modèles cosmologiques qui ont été proposés depuis le début de l'astronomie moderne. Ceux proposés avant le XX^e siècle ne tiennent évidemment pas compte du mouvement de fuite des galaxies conduisant à l'idée d'expansion de l'Univers. Au XX^e siècle apparut une multitude de modèles pour décrire l'évolution de notre univers. Certains de ces modèles ont pu être écartés tels par exemple le modèle d'univers statique d'Einstein de 1917, le modèle d'Univers de Milne ou encore celui de la théorie de l'état stationnaire présentée par Fred Hoyle, Thomas Gold et Hermann Bondi.

Détermination de la constante de Hubble

L'amas globulaire Fornax 5 dans la galaxie naine du Fourneau.

Lorsque Edwin Hubble en vint à établir la valeur de la relation entre la distance et la vitesse de récession apparente des galaxies dans l'univers observable, il obtint comme résultat une valeur avoisinant les 500 km/s/Mpc ou environ 160 km/s par million d'années-lumière pour ce taux d'expansion, maintenant appelé la constante de Hubble. Ce qui conduisait à un âge de l'Univers de deux milliards d'années mais dans les années 1930, la datation radiométrique des roches avait déjà montré aux géologues que l'âge de la Terre était de trois milliards d'années[283].

La solution est venue dans les années 1950 d'une combinaison d'effets incluant la découverte par Walter Baade des étoiles de population II et son recalibrage subséquent de la relation période-luminosité pour les variables céphéides de la population I. Des astronomes mirent également au jour un problème de confusion à grande distance: ce que Hubble avait cru être des étoiles individuelles, dans ses observations de galaxies les plus lointaines, étaient en fait des amas d'étoiles croyant ainsi à tort qu'il avait observé des chandelles standards, des objets dont la luminosité absolue ne variait pas avec la distance[283]. (Voir Mesure de la distance des étoiles par les céphéides).

Valeurs estimées de la constante de Hubble, 2001-2018.
(Les estimations avec cercles représentent des mesures d'échelle de distance calibrée, les carrés représentent des mesures CMB/BAO de l'univers primitif avec des paramètres ΛCDM tandis que les triangles sont des mesures indépendantes.)

Chute des corps

L'un des exemples notoire dans l'histoire des sciences concerne l'erreur d'Aristote qui affirmait que la vitesse d'un corps en chute libre est proportionnelle à son poids. Selon les sources écrites disponibles aujourd'hui, il faudra attendre le VI^e siècle pour que Jean Philopon conteste cette relation liant vitesse de chute et poids[284], en plus de contredire bien d'autres conceptions aristotéliciennes dans le domaine physique Cf.. Dans un commentaire de la Physique d'Aristote publié en 1545, Domingo de Soto décrit explicitement le mouvement de chute libre comme un mouvement uniformément accéléré (l'expression utilisée était: « mouvement uniformément difforme »)[285].

Merton College, Oxford, vue du hall

Il est déjà appréciable qu'un scientifique arrive à corriger l'une de ses erreurs lorsqu'elle lui est signalée. Le fait qu'un chercheur découvre de lui-même une erreur qu'il a commise pour ensuite la corriger est tout aussi digne de mention. Dans sa formulation de la loi de la chute des corps en 1604, Galilée met de l'avant le principe selon lequel la vitesse d'un corps en chute libre croit proportionnellement à l'espace parcouru. Ce faisant, il commet une erreur et ce n'est qu'en 1632 qu'il rectifie sa formulation pour montrer que la vitesse d'un corps en chute libre croit proportionnellement au temps de chute[286]. (Il n'est pas impossible que Galilée ait été amené à réétudier la chute des corps s'il eut connaissance des travaux de ses prédécesseurs du Merton College ayant conduit à la formulation d'un théorème qui dit qu'un corps uniformément accéléré parcourt la même distance qu'un corps se déplaçant à vitesse uniforme et dont la vitesse est la moitié de la vitesse finale du corps accéléré[287].)

Page frontispice des Discorsi (Discours concernant deux sciences nouvelles) publié à Leyde en 1638.

Chaînette

Les erreurs commises par des génies de la science n'ont pas toutes le même impact. Certaines se font plus discrètes que d'autres et certaines de ces erreurs commises par des grands noms de la science furent corrigées par des scientifiques bien moins connus de l'histoire des sciences. Dans son ouvrage Discours concernant deux sciences nouvelles (en) publié en 1638, Galilée affirme de façon catégorique que la courbe formée par une corde attachée à deux clous et qui pend sous son propre poids est une parabole[288]. Joachim Jung avait démontré, onze ans plus tôt dans sa Geometria empirica publié en 1627, qu'il n'en était rien[289]. Elle adopte plutôt la forme d'une courbe transcendante appelée chaînette dont l'équation est définie à l'aide de la fonction cosinus hyperbolique, inconnue de Galilée[290].

Relativité générale

De nombreux domaines pourraient contenir des exemples de grands scientifiques ayant commis des erreurs à un moment donné. En physique, Einstein peut être cité en exemple. L'une d'elles a été d'affirmer que Alexandre Friedmann s'était trompé en affirmant que l'équation du champ d'Einstein de la relativité générale permette la description d'un univers en évolution dont celle d'un univers en expansion. Einstein reconnut plus tard s'être trompé, concédant que les calculs de Friedmann étaient corrects[Note 39]. Les circonstances d'une autre de ses erreurs lui ont été plus salutaires. Ayant calculé en 1911 l'angle de déviation d'un rayon lumineux par la masse du Soleil, il parvint à un résultat en désaccord avec l'expérience dû au fait que sa théorie, encore incomplète, contenait encore certaines erreurs qu'il corrigea par la suite. Heureusement, les observations pour confirmer ses prédictions ne survinrent qu'après qu'il eut apporté ces corrections nécessaires à sa théorie[291].

Phénomènes de fluorescence et de biréfringence dans un bloc de calcite traversé par un faisceau laser de longueur d'onde de 445 nm.

En 1669, Rasmus Bartholin découvre le phénomène de biréfringence. Lorsqu'il observe des images à travers un spath d'Islande, un minéral constitué de calcite dont la structure cristalline se rencontre souvent sous forme rhomboédrique, il s'aperçoit que les images sont dédoublées. Il décide donc d'étudier ce phénomène et publie ses observations dans un ouvrage intitulé Experimenta crystalli islandici disdiaclastici quibus mira & insolita refractio detegitur[292]. Bartholin observe qu'un rayon de lumière traversant la calcite se dédouble et il constate que les deux rayons se réfractent mais un seul obéit aux lois de Snell-Descartes, l'autre subit une réfraction appelée réfraction extraordinaire. D'où le phénomène de biréfringence. Par le fait même, il nomme rayon extraordinaire celui subissant cette nouvelle réfraction. Bartholin affirme alors avoir observé que le chemin du rayon extraordinaire dans la calcite est toujours parallèle aux côtés du rhomboèdre. Quelques années plus tard, Christian Huygens démontrera qu'ils forment un angle de 2° 23'[293].

Représentation de la structure monocristalline du graphène avec la maille hexagonale de ses atomes de carbone.

Jusqu'à l'obtention de la structure du graphène en 2004 par Andre Geim, la plupart des physiciens pensaient qu'un cristal bidimensionnel ne pouvait exister[294]. Leur raisonnement s'appuyait sur le théorème de Mermin-Wagner dont l'une des conséquences conduit à l'idée que la structure d'un cristal bidimensionnel ne peut subsister, même à basse température, à cause de l'agitation thermique[294]. Ce théorème est valide lorsque ce type de structure est elle-même considérée dans un espace bidimensionnel. L'erreur a été de ne pas prendre en considération les trois dimensions de l'espace dans lequel se trouve cette structure atomique. Cette dimension supplémentaire permet une diffusion de l'énergie thermique suffisante pour permettre à une structure cristalline monocouche d'exister[294]^,[Note 40].

Buste de Pythagore, copie romaine du I^er – II^e siècle av. J.-C., musées du Capitole.

Pythagore, la hauteur des sons, les marteaux et les enclumes

Pour Boèce, philosophe et commentateur du VI^e siècle apr. J.-C., cité par l'historien irlandais Benjamin Farrington (en), l'une des premières expérimentations en science remonterait au moins à l'époque de Pythagore, au VI^e siècle avant notre ère. Boèce raconte que Pythagore aurait découvert la relation entre la hauteur des sons produits par des marteaux de divers poids frappant une enclume. Il aurait découvert ainsi qu'un marteau deux fois plus lourd produirait un son une octave plus bas qu'un autre deux fois plus léger. Il aurait découvert de même que des marteaux avec des poids de proportions 12 - 9 - 6 et 12 - 8 - 6 produiraient des notes dont le hauteur se trouve séparée par des intervalles dans les mêmes proportions. Sauf que ces résultats sont erronés: « L'expérience des marteaux n'a pas pu donner les résultats que l'on rapporte. » selon Farrington[296].

René Blondlot et les rayons N

Dans sa Logik publiée en 1800, Emmanuel Kant déclara : « Ce qui rend l'erreur possible c'est donc l'apparence suivant laquelle le simple subjectif est pris pour l'objectif[297]. » Une série d'expériences au début du XX^e siècle vint à l'appui de cette assertion du philosophe de Königsberg. En 1903, René Blondlot publie une série de comptes rendus sur des expériences qu'il a menées avec des rayons X. Lorsque le tube cathodique produisant les rayons X est sous tension, Blondlot observe que l'intensité lumineuse des étincelles augmente. Ces étincelles sont produites entre les extrémités d'un fil de cuivre parcouru par un courant électrique, les électrodes d'un éclateur. Cherchant à déterminer si les rayons X peuvent être polarisés[298], Blondlot pense d'abord qu'il vient de mettre en évidence ce phénomène[299]^,[Note 41]. Très vite, il se ravise et conçoit qu'il vient plutôt de découvrir un nouveau type de rayonnement qu'il nommera rayon N[299]. Ce rayonnement est supposé traverser diverses substances telles que les métaux, le bois et diverses autres[300]^,[301]. Blondlot n'est pas le seul à penser mettre en évidence ce nouveau phénomène : Augustin Charpentier, de la faculté de médecine de Nancy et Edouard Meyer, un biologiste et collègue de Charpentier, affirment respectivement avoir mis en évidence expérimentalement que le corps humain émet des rayons N pour le premier et que c'est aussi le cas des plantes selon le second[302]. De nombreuses propriétés de ce rayonnement sont censées être mises à jour à la suite de nouvelles expériences : le pouvoir rotatoire de diverses substances de même que celui d'un champ magnétique supposé faire tourner le plan de polarisation des rayons N[302]. Leurs longueurs d'onde ayant même été mesurées[302]. Jean Becquerel, quant à lui, a cru pouvoir mettre en évidence le fait qu'un faisceau de rayons N comportait trois composantes : l'une non déviée par un champ magnétique, une autre déviée dans le même sens que les rayons β et une troisième déviée dans le même sens que les rayons α[302].

Malgré cela, d'autres physiciens de renommée, dont Paul Langevin, Pierre Curie et Jean Perrin, ne parvenaient pas à reproduire les résultats expérimentaux annoncés[302]. Le physicien américain Robert Williams Wood, qui ne parvenait pas non plus à reproduire les résultats du physicien nancéien, se rendit à Nancy et parvint à modifier les conditions de l'expérience à l'insu de Blondot qui continuait à observer les mêmes effets alors que la source avait été déplacée ou occultée à la faveur de l'obscurité dans laquelle se réalisaient les expériences[303]. En novembre 1904, la communauté des physiciens réalisa que l'affaire des rayons N trouvait son explication dans le phénomène d'illusion reposant sur des observations subjectives partagées par plusieurs chercheurs expérimentant chacun dans leur laboratoire[304].

Interféromètre de Michelson avec diode laser, cube séparateur de faisceau, miroir fixe et mobile.

Dayton Miller et la reprise de l'expérience de Michelson et Morley

Les expérimentations modernes n'échappent pas plus aux erreurs. Qu'il s'agisse d'erreur de conception d'une expérience, de méthodologie, de manipulation ou encore d'interprétation des résultats expérimentaux. Il arrive parfois qu'une expérience ou une première série d'expériences menées par un chercheur aboutissent au bon résultat et qu'une expérience subséquente menée par le même chercheur donne un résultat inadéquat. Un exemple historique bien connu concerne les expériences de Dayton Miller (en) reprenant la fameuse expérience de Michelson et Morley. Après avoir refait cette expérience avec Morley à Cleveland en 1902-1904, où ils obtinrent un résultat négatif comme précédemment[305], Miller refit l'expérience en 1925-1926 à l'observatoire du mont Wilson et obtint cette fois une valeur pour le mouvement de la Terre dans l'éther[306].

L'expérience OPERA et la mesure de la vitesse des neutrinos

Vue d'ensemble du Laboratoire national du Gran Sasso où furent recueillies les données de l'expérience OPERA.

En septembre 2011, des chercheurs de l'expérience OPERA ont annoncé avoir observé que les neutrinos muoniques se déplaçaient apparemment plus vite que la vitesse de la lumière[307] En février et mars 2012, des chercheurs de cette même collaboration ont attribué ce résultat à un câble à fibre optique lâche reliant un récepteur GPS à une carte électronique dans un ordinateur. Le 16 mars 2012, un rapport annonçait qu'une expérience indépendante dans le même laboratoire, utilisant également le faisceau de neutrinos du projet Neutrinos du CERN vers le Gran Sasso (CNGS), mais cette fois-ci le détecteur de l'expérience ICARUS (en), n'a trouvé aucune différence perceptible entre la vitesse des neutrinos et celle de la lumière[308]. En mai 2012, les expériences BOREXINO, ICARUS, LVD et OPERA du Gran Sasso ont toutes mesuré la vitesse des neutrinos à l'aide d'un faisceau à impulsions courtes et ont obtenu un accord avec la vitesse de la lumière, montrant que le résultat OPERA annoncé l'année précédente était erroné[309] Finalement en juillet 2012, la collaboration OPERA a mis à jour leurs résultats. Après avoir pris en compte des effets instrumentaux mentionnés ci-dessus, les chercheurs purent démontrer que la vitesse des neutrinos n'est pas supérieure à celle de la lumière[310], ce qui a été confirmé par une nouvelle série de mesures améliorée en mai 2013[311] (Voir aussi en anglais Anomalie de neutrinos plus rapides que la lumière (en)).

L'une des versions de la balance de Kibble (autrefois nommée balance du watt) ayant permis de mesurer en 2017 la constante de Planck avec une précision de 13 parties par milliard[312].

Divers procédés expérimentaux sont utilisés en métrologie pour déterminer la valeur des constantes physiques. De façon générale, les valeurs obtenues par ces différentes méthodes qui incluent leur incertitude de mesure sont incompatibles entre elles[313]. Par exemple, certains laboratoires se servent de la balance de Kibble, un dispositif qui détermine la force de pesanteur en la comparant à une force électromagnétique, pour obtenir la valeur de la constante de Planck alors que d'autres laboratoires tentent d'obtenir cette valeur à l'aide du nombre d'Avogadro en déterminant le nombre d'atomes d'une sphère de silicium parfaite par la détermination de son volume et au moyen d'équations faisant intervenir d'autres constantes[313]. Le Comité de données pour la science et la technologie (en anglais Committee on data for science and technology, Codata) a pour tâche de déterminer la meilleure estimation possible pour la valeur de chacune des constantes. Il est amené, de ce fait, à arbitrer une situation le plus souvent conflictuelle : « que doit faire l'organisme des valeurs isolées? Doit-il inclure toutes les valeurs et élargir ainsi l'incertitude du résultat? »[313].

L'un des problèmes de ces erreurs systématiques inassignables tient au fait que les expérimentateurs se laissent inévitablement influencés par les résultats obtenus antérieurement par d'autres laboratoires. Un phénomène qui nuit dans l'identification des erreurs systématiques issues des éventuels désaccords qui peuvent se manifester en l'absence de véritables résultats reproductibles[313].

Statue d'Euclide, musée d'histoire naturelle de l'université d'Oxford.

Démonstration du cinquième postulat d’Euclide

Les exemples historiques d'erreurs commises dans le domaine des mathématiques montrent que même les plus grands mathématiciens font, eux aussi, des erreurs à leur insu. À cet effet, l'un des problèmes les plus célèbres dans cette discipline fut celui de la démonstration du cinquième postulat d’Euclide ou axiome des parallèles. Sur plus de deux mille ans, plusieurs mathématiciens et savants ont tenté de trouver cette démonstration. Certains ont pensé y être parvenus. Parmi eux, Omar Khayyam (XI^e – XII^e siècles) pensa être parvenu à ce résultat au moyen d'un raisonnement par l'absurde montrant que la négation du postulat doit aboutir à une contradiction[314]. Il faudra attendre les travaux de Jean-Henri Lambert, en 1766, pour parvenir à l'idée que le cinquième postulat d’Euclide est indémontrable. Lambert réalise qu'il est tout aussi possible de construire des géométries logiquement cohérentes avec la négation de l'axiome des parallèles[314]. Il reviendra à Carl Friedrich Gauss, Nikolai Lobatchevski, János Bolyai et Bernhard Riemann de construire ces nouvelles géométries.

Démonstration de l'hypothèse du continu

De même, David Hilbert a présenté une démonstration de l'hypothèse du continu en 1926 qui s'est révélée fausse[315].

Démonstration du dernier théorème de Fermat

Andrew Wiles corrige une erreur qui cachait une faille majeure de sa démonstration concrétisant ainsi l'une des percées les plus brillantes des mathématiques du XX^e siècle.

L'un des exemples historiques d'erreurs dans le domaine des mathématiques les plus célèbres est celle commise par Andrew Wiles dans sa démonstration de la conjecture de Shimura-Taniyama-Weil conduisant du même coup à la validation du dernier théorème de Fermat. Ce cas est particulier du fait que l'auteur lui-même a pu corriger sa propre erreur qui aurait invalidé sa démonstration. Du fait de leur complexité, les mathématiques sont, par la force des choses, propices aux erreurs de raisonnement. La démonstration de Wiles faisait quelque 200 pages faisant intervenir une foule de techniques mathématiques nouvelles, dont certaines qu'il avait lui-même créées, s'articulant à de nombreux résultats mathématiques acquis au cours du XX^e siècle. À propos de cette fameuse erreur, il écrit: « L'erreur est tellement abstraite qu'elle ne peut pas être décrite en terme simple. Mais pour l'expliquer à un autre mathématicien, il faudrait que celui-ci consacre deux ou trois mois à étudier très attentivement cette partie du manuscrit[316]. » De fait, il fallut à Wiles un an pour parvenir à la corriger. Cet exemple est instructif à un autre niveau: le fait de sous-estimer la difficulté à corriger une erreur. Il pensait au départ qu'il pourrait rectifier celle-ci en l'espace d'une journée. De façon ironique, c'est au moment où il s'était convaincu un an plus tard, en septembre 1994, qu'il ne pouvait plus rétablir sa démonstration et qu'il cherchait seulement à savoir pourquoi elle ne pouvait pas fonctionner que lui vint l'intuition qui lui permit d'établir un pont entre ses deux approches du problème (la théorie d'Iwasawa et la méthode Kolyvagin–Flach) et d'éliminer la faille de cette partie de sa démonstration.

Ce n'était pas la première fois qu'une démonstration cherchant à valider le dernier théorème de Fermat contenait une erreur l'invalidant. En 1988, le mathématicien japonais Yoichi Miyaoka (en) avait présenté une démonstration faisant appel à la géométrie différentielle qui devait démontrer une conjecture qu'il avait lui-même formulée, l'inégalité de Miyaoka. Malheureusement, l'erreur qu'elle contenait ne put être corrigée malgré l'aide de plusieurs théoriciens des nombres[317].

Inconsistance de l'arithmétique de Peano

En 2011, l'éminent mathématicien américain Edward Nelson annonça l'inconsistance de l'arithmétique de Peano[318] dans une première version d'un livre intitulé Elements[319]. L'auteur désirait prouver que les mathématiques contemporaines[Note 42], dont l'arithmétique de Peano, comportent des contradictions[319]. Terence Tao expliqua à Nelson la faille de l'ensemble de sa démonstration[320]. Presque aussitôt, Nelson reconnut avoir commis une erreur[320]. En 2013, il proposa une nouvelle version de sa démonstration qui fut reconnue défaillante tout comme la première[319].

Géométrie algébrique

Toutes les erreurs commises en mathématique ne sont pas identifiées aussi rapidement que celles de Nelson croyant avoir prouvé que l'arithmétique de Peano contenait des contradictions. Maintes erreurs ont été commises en géométrie algébrique[321]. Du fait de la complexité des démonstrations impliquées, plusieurs de ces erreurs ont passé inaperçu pendant des années[321]. Vladimir Voïevodski, l'un des spécialistes de ce domaine, a lui-même découvert la fausseté de l'une des démonstrations qu'il avait publiée. Nombreux furent les mathématiciens à avoir travaillé sur cette démonstration erronée sans y avoir trouvé aucune erreur[321]. Ce constat a conduit Voïevodski à mettre sur pied un programme nommé Univalent Foundations of Mathematics[322], auquel fut associé Thierry Coquand[321], faisant appel à l'utilisation d'outils informatiques dans le contrôle de la validité de l'écriture des preuves mettant en œuvre l'assistant de preuve automatisé Coq[322]. Il en est résulté un ouvrage intitulé Homotopy Type Theory - Univalent Foundations of Mathematics[321].

Attraction entre deux points matériels

Au XVIII^e siècle s'est posé un problème concernant la mécanique du point : celui de la chute d’un corps ponctuel C sur un autre O alors que sa vitesse initiale est nulle. D’Alembert et Euler furent convaincus, chacun de leur côté, d'avoir trouvé la solution. Pour D’Alembert, il était évident que le point matériel C allait osciller indéfiniment de part et d'autre du point matériel O dans un mouvement rectiligne de va-et-vient, toujours avec la même amplitude. Euler proposa une solution encore plus étonnante : partant d'un mouvement elliptique du point C autour du point O, O étant l'un des foyers de l'ellipse, Euler parvint à un mouvement linéaire par un passage à la limite de l'aplatissement de cette ellipse mais sa solution est alors radicalement différente de celle de D’Alembert puisqu'il conclut que le mouvement de va-et-vient du point C doit s'effectuer de son point de chute initial au point O. Les deux hommes ne réalisèrent pas qu'ils avaient affaire à une singularité. Dans son Cours de mécanique professé à l'École polytechnique publié en 1930, c'est Paul Painlevé qui fit remarquer qu'au point de rencontre O des deux corps ponctuels, la mécanique rationnelle a atteint ses limites et ne peut plus ainsi décrire le phénomène[323].

Mécanique quantique et variables cachées

En 1932, John von Neumann publia un ouvrage dans lequel il fit paraître une démonstration devenue célèbre. Celle-ci était généralement considérée comme une preuve démontrant qu'aucune théorie déterministe reproduisant les prédictions statistiques de la mécanique quantique n'est possible[324]. « Selon [l'approche déterministe], il convient d'ajouter, aux variables décrivant les systèmes quantiques, des paramètres supplémentaires qui complèteraient la description dans le sens d'un déterminisme strict (tout en préservant les relations de la mécanique quantique, qui seraient retrouvées à la limite des distributions moyennes de ces variables ou paramètres)[325]. » C'est cette approche déterministe de la mécanique quantique à l'aide de variables cachées que la démonstration de von Neumann rendait impossible. Or il s'est avéré que cette démonstration ne concernait qu'une classe restreinte des variables possibles[325]. Il faudra attendre en fait les travaux de John Stewart Bell[326]^,[327] au milieu des années 1960 pour que soit incluse la classe entière des variables supplémentaires cachées locales afin que soit réellement démontrée l'incompatibilité avec la mécanique quantique de l'approche déterministe au moyen de variables cachées[325].

L'univers centré sur la Terre selon Ptolémée, Planisphaerium Ptolemaicum siue machina orbium mundi ex hypothesi Ptolemaica in plano disposita, illustration d'Andreas Cellarius, Harmonia Macrocosmica, 1660[328]

• Postulats et axiomes

Le fait qu'un système de connaissances s'appuie sur un ensemble de postulats ou d'axiomes constitue une cause possible d'erreurs en science. Ces assertions que l'on considère comme évidentes au point de ne pas nécessiter de démonstration constitue le point de départ de raisonnements. Pendant longtemps par exemple, il a semblé évident que la Terre était immobile et que personne n'avait pensé remettre en question cette idée. Il fallut l'arrivée de penseurs tels Hicétas, Ecphantos et Héraclide du Pont d'abord avec l'idée de la rotation de la Terre sur elle-même[329] et par la suite d'Aristarque de Samos puis de Séleucos de Séleucie pour imaginer un système héliocentrique[329]. Ce postulat de l'immobilité de la Terre a pourtant conduit Eudoxe de Cnide et Claude Ptolémée à développer mathématiquement des modèles géocentriques.

De même, l'espace euclidien de notre univers a constitué un autre postulat jusqu'à l'arrivée des géométries non euclidiennes au XIX^e siècle puis de la relativité générale faisant appel à la géométrie riemannienne. Et c'est d'ailleurs justement parce des mathématiciens ont senti le besoin de démontrer le cinquième postulat d'Euclide que certains, tels Nikolai Lobatchevski et János Bolyai, en sont arrivés à inventer une géométrie différente de celle d'Euclide. De la même façon, le fait de concevoir l'espace et le temps sans lien pour les unir (mis à part les concepts de vitesse et d'accélération) était une évidence jusqu'à l'introduction du concept d'espace-temps par Hermann Minkowski et son utilisation, d'abord avec la relativité restreinte, et ensuite avec la relativité générale avec la notion d'espace-temps courbe par Albert Einstein.

• Traduction d'ouvrages scientifiques

La traduction d'ouvrages scientifiques anciens a pu constituer une autre source potentielle d'erreurs en science à plus forte raison lorsque les ouvrages originaux et leur(s) traduction(s) sont séparés par plusieurs siècles. Deux grands mouvements de traductions des traités de l'Antiquité se produisirent au Moyen Âge. D'une part, dans un premier temps, la période qui a vu plusieurs ouvrages écrits en grec ancien être traduits en arabe dont la majeure partie l'ont été au IX^e siècle puis, d'autre part, dans un deuxième temps, la traduction en latin — dont la majeure partie de ce travail a été effectué au XII^e siècle — de ces ouvrages traduits en arabe ainsi que d'autres travaux, écrits pour la première fois dans cette langue par des savants d'expression arabe (voir Traductions arabes du IX^e siècle et Traductions latines du XII^e siècle). Après une aussi longue période marquée par une discontinuité, durant le haut Moyen Âge, dans la transmission de ces acquis scientifiques, il a fallu aux savants musulmans et à ceux de l'Europe juive et chrétienne se réapproprier ce savoir. À cet effet, connaître le sens exact des termes techniques et scientifiques écrits dans une langue étrangère posait problème. D'où le risque d'erreur. Par exemple, dans son traité sur Les tempéraments, Galien a écrit : « Archimède a brûlé les trières ennemies avec des pureia » (δία τών πνρίων). La traduction du mot "pureia" (πνρίων) est problématique : soit le mot désigne tout ce qui sert à allumer un feu, soit il désigne des miroirs ardents[330].^,[Note 43]

Vue de Tolède où furent réalisées au XII^e siècle plusieurs traductions latines des ouvrages classiques anciens dont un grand nombre par Gérard de Crémone[332].

• Généralisation hâtive de résultats

La généralisation hâtive de résultats peut aussi conduire les scientifiques à commettre des erreurs. Après le décryptage du code génétique par exemple, tous les organismes étudiés disposaient du même code. Il était alors naturel pour les généticiens de déclarer que le code génétique est universel jusqu'à ce que John Preer, aux États-Unis, et François Caron, travaillant alors au Centre de génétique moléculaire du CNRS à Gif-sur-Yvette sous la direction de Piotr Slonimski, découvrent que les codons UAA et UAG qui sont des signaux d'arrêt dans le code standard, servent en fait à coder la glutamine chez les infusoires. Par la suite, certains chercheurs découvrirent que le codon UGA qui sert de signal d'arrêt de transcription chez tous les organismes, y compris chez les infusoires, sert à coder la transcription d'un autre acide aminé, le tryptophane, chez les mycoplasmes[333]. Plusieurs autres variantes furent ensuite identifiées[334]. La découverte, en 2009, qu'un même codon pouvait coder deux acides aminés distincts: chez le microorganisme marin, Euplotes crassus constitua une autre entorse à cette règle: le codon UGA aboutit à la transcription soit de la cystéine, soit de la sélénocystéine, un acide aminé non standard dans lequel un atome de sélénium remplace un atome de soufre, selon la position qu'il occupe dans un gène[335]^,[336].

Leonhard Euler (1707 - 1783)

Les mathématiques sont un domaine pour lequel il est plus difficile de commettre une généralisation injustifiée. Pour donner un exemple en théorie des nombres, la conjecture d'Euler supposait que pour tout entier n strictement supérieur à 2, la somme de n – 1 nombres élevés à la puissance n n'est jamais égale à un nombre élevé à cette puissance n. Proposée par Leonhard Euler en 1772, il s'est écoulé près de deux siècles avant que furent trouvés les premiers contre-exemples en 1966[337]. Jusqu'à cette date, les mathématiciens ont pu supposer sa véracité mais sans déclarer qu'elle était vraie malgré l'absence de contre-exemples durant tout ce temps. C'est toute la différence entre conjecture et théorème.

• Usage de la pensée catégorielle

L'usage de la pensée catégorielle constitue un autre piège à éviter. En 1992, le microbiologiste Timothy Rowbotham observa au microscope un microorganisme qu'il prit pour une bactérie. Il ne se doutait pas qu'il observait en fait un virus géant[338]. Dans un documentaire, Rowbotham confie qu'il ne lui est jamais venu à l'esprit qu'il avait affaire à un virus parce que, dit-il, les virus sont petits et ne peuvent être observés au microscope optique[339]. Pendant plus d'une décennie, les microbiologistes pensèrent donc que Bradford coccus (rebaptisé plus tard Mimivirus) était une bactérie.

Au début des années 1960, nombreux furent les astronomes à être victimes de ce piège de la catégorisation lorsqu'ils observèrent les premiers quasars. Leur spectre ne correspondait à aucun spectre stellaire connu. Pourtant, sur les photographies, notamment celles prises par les astronomes de Caltech et de Carnegie, ces objets ressemblaient tellement à des étoiles que les astronomes persistaient à les interpréter comme des spectres d'étoiles de notre galaxie d'un type inconnu jusqu'à ce que Maarten Schmidt réalise que les quatre raies les plus brillantes de 3C 273 étaient les quatre raies de Balmer de l'hydrogène mais dont la longueur d'onde était décalée vers le rouge de 16%[340]. Ce décalage vers le rouge ou redshift n'avait qu'une seule explication : la vitesse de récession de l'objet en question. Ce qui le situait à une distance de 2 milliards d'années-lumière, bien au-delà des limites de notre galaxie. Il s'ensuivait que ce type d'objet avait une brillance exceptionnelle et qu'il ne pouvait donc s'agir d'étoiles[340].

La musaraigne étrusque dont le poids est, en moyenne, d'environ 2 grammes[341].

• Prise en compte d'une seule variable

Le fait de ne prendre en compte qu'une seule variable dans l'explication d'un phénomène peut constituer une autre source d'erreurs, à plus forte raison lorsqu'il s'agit d'un phénomène complexe. Le paradoxe de Peto en constitue un exemple. Le raisonnement à sa base s'appuie sur l'idée que le cancer ayant pour origine des cellules cancéreuses, plus le nombre de cellules constituant un organisme est élevé, plus le risque de cancer chez cet organisme devrait être élevé. Il devrait alors s'ensuivre que le risque de cancer le plus élevé devrait s'observer chez les plus grands animaux. Or dans les années 1970, l’épidémiologiste britannique Richard Peto a constaté que ce risque de cancer n'est corrélé ni à la taille ni à l'espérance de vie[342].

Avec un poids pouvant atteindre 180 tonnes contre 1,8 gramme pour le mammifère le plus léger, la baleine bleue a un poids 100 000 000 de fois plus élevé que la musaraigne étrusque. Une évaluation en fonction du seul poids donnerait un risque de cancer (non observé) pour les deux espèces dans les mêmes proportions !

Si le risque de cancer et la taille corporelle semblent être positivement corrélés chez les membres d'une même espèce, même lorsque d'autres facteurs de risque sont pris en compte[343], cette corrélation n'est pas observée en comparant les différentes espèces. L'éléphant est constitué d'un million de fois plus de cellules que la souris, le risque de cancer devrait donc être un million de fois plus élevé chez le pachyderme par rapport au minuscule rongeur. Ce qui n'est pas le cas[344]. L'erreur consisterait ici à considérer que la machinerie cellulaire de toutes les espèces seraient sur le même pied d'égalité face au cancer.

Une étude réalisée en 2015 par l'équipe de Joshua Schiffman sur le génome de l'éléphant montre que ce n'est pas le cas : alors que l'être humain ne possède qu'une seule copie du gène TP53, l'éléphant en possède 20, qui sont toutes fonctionnelles, et il se trouve que ce gène est inactivé chez près de 50% des cancers humains[345] ^,[346]. Ce gène code la synthèse d'une protéine qui active à son tour d'autres gènes impliqués dans la réparation de l'ADN endommagé ou encore dans l'apoptose lorsque les dommages sont trop importants[345]^,[346]. Une autre étude, également publiée en 2015, réalisée par une équipe internationale conduite par João Pedro de Magalhães (en) sur le génome de la baleine boréale aboutit également à mettre en évidence des particularités génétiques concernant le système de réparation de l'ADN[347]^,[346].

• Appui sur une autorité

L'une des causes expliquant que des erreurs commises en science se prolongent indûment dans le temps tient à l'autorité que représente la figure scientifique qui en est responsable. Parfois même cette erreur est facilement repérable. La théorie lunaire de Ptolémée en est un exemple. Avec son modèle faisant intervenir l'équant et les épicycles, Ptolémée pouvait faire varier la vitesse angulaire apparente de la Lune tout comme sa distance à la Terre. Selon Otto Neugebauer[348], dans l'Inscription canobique, Ptolémée adopte des valeurs pour le rayon de l'épicycle et de l'équant de son modèle qui fait varier la distance Terre-Lune pratiquement du simple au double. Il s'ensuit que le diamètre apparent de la Lune doit varier aussi dans les mêmes proportions pour un observateur terrestre ce qui s'avère incompatible avec l'observation la plus élémentaire. Pourtant, poursuit Neugebauer, ce modèle de Ptolémée fut adopté par presque tous ces successeurs[348]. Il faut attendre le XIV^e siècle pour retrouver dans les écrits d'un savant un modèle corrigeant celui de Ptolémée avec celui d'Ibn al-Shâtir[349]^,[Note 44] et deux siècles plus tard avec l’œuvre de Copernic[348].

L'étoile invitée rapportée par les astronomes chinois en 1054 est identifiée comme étant SN 1054. Les passages surlignés se réfèrent à la supernova. Lidai mingchen zouyi (歷代名臣奏議), 1414.

• Absence de communication des résultats scientifiques

Les problèmes de communication des nouvelles avancées ont constitué un autre facteur de maintien de conceptions erronées en science. Les Chinois avaient une solide tradition d'observation en astronomie. Selon le jésuite Matteo Ricci, qui passa une grande partie de sa vie en Chine, les astronomes chinois avait dénombré 400 étoiles de plus que les Européens avant l'apparition de la lunette de Galilée[351]. Ils furent aussi parmi les premiers à observer et consigner l'apparition des supernovas qu'ils appelaient « étoiles invitées »[352] et cela, de façon certaine à partir de l'an 185[353] (Voir SN 185). « Et malgré cela, selon ce qu'écrit Ricci, les astronomes chinois ne cherchent nullement à ramener les phénomènes des corps célestes à la discipline des mathématiques[351] ». Compte tenu des échanges limités à cette époque entre l'Orient et l'Occident, il était inévitable que des erreurs subsistent de part et d'autre. Pour le Japon, le retard dans ce domaine fit en sorte que ce ne fut pas avant la fin du XVIII^e siècle que le modèle héliocentrique de Copernic commença à être acceptés par les astronomes nippons[351].

Monastère Saint Thomas, Brno (autrefois Brünn) où Mendel effectua ses travaux d'hybridation.

Les problèmes de transmission des résultats scientifiques peuvent se présenter sous d'autres formes. L'exemple des travaux d'hybridation de Mendel qui ne furent redécouverts que 35 ans plus tard est bien connu. Mendel publia ses résultats dans les Actes de la société de Brünn[123] et l'on comprend que son travail passa inaperçu dans une publication qui ne devait pas être lue par la plupart des scientifiques de l'époque mais Mendel avait aussi pris soin de commander des tirés à part de son article pour en expédier à divers savants dont Anton Kerner von Marilaun, une des sommités dans le domaine de l'hybridation, et Charles Darwin. Les historiens ont retrouvé les exemplaires en question et savent désormais que leurs destinataires n'ont pas lu leur contenu (les pages n'étant pas coupées!)[354]. Dans le cas de Darwin s'ajoutait la barrière linguistique puisque l'ouvrage qu'il reçut était en allemand. Si Darwin et ses collègues de l'époque avaient pris connaissance des travaux de Mendel et saisi leur portée, ils n'auraient pas persisté dans leur conception erronée de l'hérédité par mélange. (Pourtant Darwin avait lui-même effectué des travaux d'hybridation avec deux variétés de pois chiche (Painted Lady et Purple, des variétés de couleurs très différentes) alors même que ses résultats contredisaient cette conception de l'hérédité par mélange (les descendants obtenus n'étant pas intermédiaires)[355] mettant à mal sa théorie de la pangenèse).

Édition latine de la Géographie de Strabon, Rerum geographicarum libri XVII, publiée en 1620.

Diverses raisons conduisent à chercher des erreurs de raisonnements en science que ce soit dans l'état actuel de nos connaissances ou lorsqu'on s'interroge sur les démarches scientifiques du passé. L'une d'elles repose sur le fait que deux ou plusieurs explications sont proposées pour expliquer un phénomène.

Dans la Grèce antique par exemple, des coquillages qui se trouvaient loin du rivage avaient été observés. Les observateurs en déduisaient avec justesse que le rivage se trouvait plus loin à l'intérieur des terres dans le passé. Pour expliquer le retrait des eaux de la Méditerranée, Ératosthène, au III^e siècle av. J.-C., en conclut que le détroit de Gibraltar (que les auteurs de l'époque nommaient "colonnes d'Hercule") devait être fermé et a dû s'ouvrir dans un passé lointain ouvrant un passage à l'eau de la Méditerranée dont une partie se serait alors déversée dans l'Atlantique[356]. De son côté, Strabon (I^er siècle av. J.-C. et début du I^er siècle) rejetait cette explication. Pour lui, ce n'est pas le volume d'eau de la Méditerranée qui a varié mais plutôt la hauteur du fond de l'eau de cette mer à la suite de phénomènes tels que les séismes, les éboulis et les éruptions volcaniques[357]. De nombreuses avancées ont été nécessaires pour comprendre que des explications qui semblaient s'opposer de façon exclusive peuvent, en fait, coexister pour rendre compte d'un ensemble de phénomènes complexes.

Dans la première moitié du XX^e siècle divers modèles et théories de l'atome furent proposés et au milieu des années 1920, deux théories concurrentes se présentèrent pour rendre compte de la structure de l'atome avec la mécanique matricielle (en 1925) et la mécanique ondulatoire (en 1926). Au moins l'une des deux devait forcément être erronée. Il fallait donc trouver laquelle jusqu'à ce que Paul Dirac, grâce à un ensemble de règles et l'utilisation d'une algèbre quantique[358] démontre formellement que les deux théories étaient en fait mathématiquement équivalentes[359]!^,[Note 45]

Il arrive que des observations posent problème dans le cadre d'une théorie généralement admise comme telle par la communauté scientifique, signe d'une compréhension partielle des faits que l'on désire expliquer. Dans certains cas, il peut s'agir soit d'erreurs d'interprétation de ces observations, soit d'erreurs de raisonnement ou soit encore de fausses prémisses qu'il est opportun de modifier non pas forcément pour aboutir à une théorie complètement différente mais plutôt, dans bien des cas, pour l'enrichir. Un ensemble de phénomènes aussi complexes et aussi riches que celui de l'évolution des espèces ne peut manquer d'offrir au regard des spécialistes des exemples qu'il est difficile d'expliquer au moyen de la théorie en cours. Les espèces concernées par le phénomène d'hypertélie trouvent difficilement une explication dans le cadre de la théorie darwinienne de l'évolution. L'hypertélie désigne le développement de parties anatomiques hypertrophiées de façon excessive au point de constituer une nuisance, une gêne, pour l'individu qui en est porteur. Le cas des bois du cerf géant et celui des canines du tigre à dents de sabre (dont la dénomination regroupe en fait plusieurs espèces disparues sont bien connus. Il est fort possible toutefois que des causes tout à fait autres soient responsables de leur disparition[360]^,[361].

L'une des espèces de la famille des membracidae[Note 46].

D'autres espèces toujours vivantes par contre semblent constituer des cas problématiques encore aujourd'hui. Ainsi, les biologistes constatent que le phénomène d'hypertélie est également présent chez les insectes. Parmi l'ordre des diptères, le phénomène se retrouve chez le genre Tipula. Des expériences ont montré qu'en raccourcissant leur longues pattes, ces insectes acquièrent une plus grande mobilité et deviennent plus agiles[363]. Pourtant, leur morphologie générale est restée inchangée depuis des millions d'années[363]. Le phénomène de l'hypertélie a conduit à une morphologie encore plus surprenante chez les membracides. Les représentants de cette famille de l'ordre des hémiptères présentent une sclérite sur le premier segment thoracique hypertrophiée. En retirant cette protubérance du corps de l'insecte, les chercheurs n'ont découvert aucun changement notable[363]. Dès lors la question de pose qu'elle pourrait bien être l'utilité de cette morphologie et si elle n'en a aucune, comment se fait-il que la sélection naturelle ne l'a pas éliminée?

Le phénomène est également présent chez les plantes. L'hypertrophie de ses graines condamne le palmier des Seychelles à pousser sur l'île de Praslin et la petite île de Curieuse où il se trouve sans aucune possibilité de dissémination[364]. Il n'en resterait environ que 4 000[364] et ici encore, il est difficile d'expliquer pourquoi la sélection naturelle n'a pas favorisé une espèce à graine différente.

Les controverses scientifiques peuvent résulter elles aussi d'erreurs commises au cours de tests, d'études ou d'expériences. Par le texte ci-contre, François Laplantine met en garde contre une généralisation hâtive consistant à adopter les mêmes éléments de base fondamentaux pour toutes les sociétés humaines y compris ceux qui semblent aller de soi, à savoir la satisfaction du bien-être général des individus faisant partie d'un groupe. Laplantine cite l'étude de Colin Turnbull chez les Iks de l'Ouganda, peuple d'anciens chasseurs nomades forcés à la sédentarisation[365]. Selon l'étude de Turnbull[366], la culture ikienne aurait été marquée par la suspicion et l'hostilité entre hommes et femmes, jeunes et vieux, parents et enfants[365]. Il s'ensuivit une controverse menée par le linguiste et spécialiste des études africaines Bernd Heine (en)[367] s'opposant aux descriptions de Turbull.

Il peut être hasardeux de présenter une population ethnique sous un angle unique voire polarisé compte tenu des liens complexes que présentent les différents comportements susceptibles d'y être observés. Dans l'un de ses ouvrages publié en 1935[368], Margaret Mead présente en opposition la communauté des Arapesh, non violente et altruiste[369] et celle des Mundugumors, dominée par l'agressivité. Dans l'ouvrage Mœurs et sexualité en Océanie, Mead commence par présenter ainsi les Mundugumors : « Chez les hommes comme chez les femmes, la norme est la violence, une sexualité agressive, la jalousie, la susceptibilité à l'insulte et la hâte à se venger, l'ostentation, l'énergie, la lutte. »[370] À la page suivante toutefois, l'auteure prend soin de préciser que cette communauté est loin d'être monolithique sur le plan comportemental : « Mais en réalité, la communauté compte un bon nombre de moutons (sic), hommes que n'attirent ni la gloire ni la violence ni la compétition. Grâce à eux, certaines règles sont encore transmises et observées à la génération suivante [...] »[371]

La rue principale de ce qui fut la ville d'Élée où vécut Zénon d'Élée et qui constitue aujourd'hui un monument faisant partie du patrimoine culturel d'Italie.

Les paradoxes de Zénon sont parmi ceux qui ont marqué l'histoire de la pensée. Un résultat paradoxal doit cacher une erreur par delà l'incompréhension produit par le raisonnement qui en est la source. Parmi ces paradoxes formulés par Zénon d'Élée, le paradoxe d'Achille et de la tortue montre que les erreurs qui en font partie peuvent se constituer sur plusieurs niveaux. Au premier niveau, on identifie sans peine l'erreur qui veut qu'Achille ne puisse jamais rattraper la tortue et dont la conclusion est facilement démentie par l'expérience. Or, le raisonnement de Zénon semble, de prime abord, inattaquable et c'est ce qui constitue le paradoxe. Une erreur est donc à rechercher dans le raisonnement exposé par Zénon et il a fallu pour cela qu'émerge le concept de limite, plus particulièrement de limite d'une suite pour la rectifier. Plus concrètement, il a fallu découvrir qu'une somme impliquant un nombre infini de termes (une addition de nombres qui se poursuit sans limite) peut aboutir à un résultat fini (voir Série convergente). En l'absence de ces concepts, l'intuition conduit la pensée à une erreur de raisonnement, car il devient difficile de concevoir qu'une infinité de trajets puisse être effectués en un temps fini[Note 47]. Se pose alors une question : cette erreur de raisonnement située à un second niveau est-elle l'aboutissement de cette recherche? Selon l'analyse de Charles Seife, cette erreur de raisonnement s'explique par une autre erreur présente dans l'esprit des Grecs anciens. Selon lui : « Les Grecs ne possédaient pas la notion de limite puisqu'ils ne croyaient pas au zéro[373]. ». La conception des nombres des Grecs était héritée des mathématiques égyptiennes et du fait que dans l'une et l'autre de ces conceptions, il n'existait pas de distinction nette entre les figures et les nombres[374]^,[Note 48]. « Le rapport entre les figures et les nombres fit des Grecs anciens des maîtres en géométrie mais cela entraîna un sérieux inconvénient. Il empêcha qui que ce soit de traiter le zéro comme un nombre. À quelle forme après tout correspondrait le zéro[375]? » Pour les Grecs anciens, dans le cas d'Achille effectuant une infinité de pas, ils ne pouvaient pas concevoir que cette distance aurait une fin en rejetant le zéro comme limite de cette suite[376]^,[Note 49].

L'état des connaissances actuelles conduit également les scientifiques de certains domaines à s'interroger sur des incohérences ou des paradoxes derrière lesquels se cachent sans doute des erreurs à découvrir à l'origine de notre incompréhension.

Le problème de la constante cosmologique est souvent présenté comme « la pire prédiction jamais faite par la physique théorique »[379]. Déjà connu de Wolfgang Pauli dans les années 1920, le problème porte sur la valeur observée de la densité de l'énergie du vide. C'est avec les travaux de Iakov Zeldovitch que les physiciens ont commencé à prendre conscience de son importance. Cette valeur fait appel au concept de vide quantique et renvoie au problème de l'énergie du point zéro. La quantité d'énergie de ce vide quantique devrait être énorme et devrait se manifester dans les équations d'Einstein exactement comme une constante cosmologique tant et si bien qu'elle devrait courber l'univers sur lui-même à tel point qu'il devrait avoir une taille bien inférieure à celle du système solaire[379]. Les valeurs obtenues à partir des calculs avec les équations du modèle standard des particules élémentaires d'une part et celle fournie par les mesures astronomiques conduisent à un désaccord dont l'écart est énorme : l'un des chiffres le plus souvent avancé est de 120 ordres de grandeurs environ, c'est-à-dire un 1 suivi de 120 zéros[379] !

En 1976, Stephen Hawking fit remarquer que l'évaporation complète d'un trou noir avait pour conséquence la disparition définitive et donc irréversible de tout ce qui avait pénétré à l'intérieur de son horizon. Cette affirmation entre en contradiction avec l'un des principe de la mécanique quantique selon lequel aucune information ne peut disparaître de façon irréversible. Plus précisément : « les systèmes physiques évoluant dans le temps selon l’équation de Schrödinger ne peuvent créer ni détruire l’information, une propriété appelée unitarité[380]. » En 2015, Hawking a annoncé avoir résolu le problème du paradoxe de l’information lors d’un exposé donné à l'Institut royal de technologie de Stockholm[380]. Certains sont cependant restés sceptiques dont Roger Penrose qui pense que Hawking aurait dû maintenir sa position originelle dans ce débat[381].

Vue d'artiste du système planétaire Upsilon Andromedae.

Des erreurs sont également à rechercher dans une procédure de contrôle lorsque des travaux publiés annoncent de nouveaux résultats. La méthodologie, les calculs et les résultats doivent être scrutés attentivement et les expériences doivent être refaites par diverses équipes. Il arrive parfois que les résultats obtenus soient à la limite de la technologie actuelle. Les expériences et observations doivent alors être peaufinées avec des moyens permettant d'obtenir des marges d'erreur plus faibles. Ainsi par exemple, des résultats de Li Zeng et son équipe obtenus par l'analyse des données du télescope spatial Kepler ont permis d'aboutir à la conclusion qu'il existerait deux pics dans la distribution des diamètres des exoplanètes correspondant à 1,5 et 2,5 fois celui de la Terre[382]. Ces résultats ont été présentés au mois d'août 2018 à la conférence Goldschmidt, à Boston, en laissant entrevoir qu'il existerait deux processus distincts de formation des planètes dans ce créneau : l'un menant à la formation des planètes rocheuses et l'autre menant à la formation de planètes-océan[382]^,[Note 50] (voir aussi Eau liquide dans l'univers et Exohydrologie). Les systèmes planétaires pourraient ainsi être plus diversifiés que ne le pensaient les astronomes. Toutefois d'autres observations seront nécessaires, précise l'astrophysicien Frank Selsis : « Il peut y avoir des erreurs d'observation, des erreurs d'hypothèses, des problèmes sur le détail de la composition, le mélange des volatiles, la température à la surface[Note 51] de la planète[383]... (voir Types d'exoplanètes). »

Bien que l'on doive clairement distinguer entre erreur et fraude scientifique, il arrive qu'une fraude en science conduise les scientifiques à persévérer dans une conception erronée qu'ils avaient adoptée avant que ne se produise la fraude en question. L'homme de Piltdown en est un exemple. Dans son essai, Le Pouce du panda, Stephen Jay Gould remarque clairement ce fait. Il s'agissait du premier fossile d'hominidé à posséder une boîte crânienne dont le volume était celui d'un homme moderne alors que la face et la mâchoire était de caractéristiques simiennes (en réalité celle d'un orang-outan).

Portrait des protagonistes réalisé par John Cooke en 1915. À l'arrière, de gauche à droite : F.O. Barlow, G. Elliot Smith, Charles Dawson, Arthur Smith Woodward. À l'avant: A.S. Underwood, Arthur Keith, W.P. Pycraft et Sir Ray Lankester.

À l'époque, la découverte d'une telle reconstitution venait conforter la communauté des paléontologues dans l'un de ses préjugés, affirme Gould, selon lequel le développement évolutif de la capacité cérébrale devait avoir précédé celui des autres caractéristiques humaines y compris celui de la face et de la mâchoire:

« L'argument reposait sur une déduction fausse. [...] Nous régnons aujourd'hui grâce à notre intelligence donc, dans notre évolution, un cerveau plus gros a dû précéder et entraîner toutes les autres modifications de notre corps. Nous devrions nous attendre à trouver des ancêtres humains avec un gros cerveau [...] et un corps nettement simien[384]. »

Et Gould de citer Grafton Elliot Smith :

« L'intérêt exceptionnel du crâne de Piltdown réside dans la confirmation qu'il apporte à la thèse selon laquelle, dans l'évolution de l'homme, le cerveau a montré le chemin[384]. »

De façon concomitante, les spécialistes de l'époque étaient d'autant plus disposés à voir dans le crâne de l'homme de Piltdown une véritable découverte qu'elle venait les conforter dans leur conviction. Pendant près de trois décennies, plusieurs paléontologues virent ainsi dans ce crâne une preuve de cette conception avant que la supercherie ne soit démontrée. Les découvertes dans ce domaine ont montré par la suite que l'évolution a suivi le chemin inverse: de l'australopithèque à l'homme moderne en passant par Homo erectus, l'augmentation du volume cérébral est survenue après la réduction de la mâchoire et l'acquisition de la bipédie. Au XIX^e siècle pourtant, Darwin avait suggéré, en 1871, que la bipédie, libérant l'usage des mains, avait précédé le développement du cerveau[385].

Il peut arriver aussi qu'un chercheur soit condamné par la communauté scientifique pour une présumée fraude dans sa discipline scientifique pour être réhabilité beaucoup plus tard à titre posthume. C'est le cas du géologue Jacques Deprat qui est radié de la Société géologique de France en 1919. Certains chercheurs lui reprochèrent d'avoir introduit des fossiles de trilobites à l'authenticité douteuse dans ses travaux et d'en avoir fait un usage « considérable » dans ses publications scientifiques. Il est pourtant réhabilité par la Société Géologique de France en 1991, cinquante-six ans après sa mort, avec l'avancée des connaissances en géologie[386]^,[387]. Il restera sans doute difficile de déterminer quelle est la part d'erreurs scientifiques dans le déroulement de ces évènements.

Stephen Hawking (1942 - 2018)

Avec le recul historique, départager les erreurs scientifiques des conceptions erronées présente moins de difficultés à mesure qu'on recule dans le passé même en considérant les plus grands penseurs de l'époque. La conception de l'antiperistasis (ἀντιπερίστασις) présente chez Aristote et de ses contemporains, en constitue un exemple. Celle-ci est issue, selon Jean Piaget, du sens commun[388]. Avec le édveloppement de la science, cette distinction peut devenir plus subtile. Au début des années 1970, la conception dominante était que les trous noirs ne pouvaient pas rayonner d'énergie. L'idée que tous les trous noirs rayonnent de l'énergie fut proposée par Jacob Bekenstein en 1972. C'est en voulant d'abord prouver que l'idée de Bekenstein était fausse que Stephen Hawking finit par démontrer le contraire[389]. Toutefois, si ce travail de Hawking est accepté par la communauté scientifique, le rayonnement des trous noirs n'a pu jusqu'ici faire l'objet d'une confirmation observationnelle. Dans ce cas-ci, Hawking a rectifié une conception scientifique qui reste malgré tout à confirmer et ce qui est mis de l'avant ici c'est la distinction entre conception scientifique et résultat scientifique.

Le cas de la classification de Dickinsonia costata par Adolf Seilacher conduit à s'interroger entre erreur scientifique et hypothèse fausse.

Adolf Seilacher et la faune de l'Édiacarien

Il faut prendre soin de distinguer entre une erreur scientifique et une hypothèse fausse car cette différence n'est pas toujours évidente même avec le recul de l'historien/ne des sciences. Par exemple, Adolf Seilacher avait créé un nouveau règne ne faisant pas partie ni du règne animal ni du règne végétal pour classer un groupe d'organismes de la faune de l'Édiacarien qu'il avait nommé « Vendozoa »[390]. Sa vision a été vivement débattue et contestée[391]^,[392]^,[393]^,[394] l'obligeant à reconsidérer sa classification phylogénétique. S'agissait-il d'une erreur scientifique ou d'une fausse hypothèse? Si Seilacher avait été convaincu d'avoir démontré que les paléontologues ont affaire dans ce cas-ci à un nouveau règne biologique pour ensuite se rétracter, il faudrait parler d'erreur scientifique. Dans le cas où il a plutôt proposé ce nouveau règne comme une possibilité qui restait à confirmer pour ensuite reconsidérer celle-ci, il faudrait classer cet exemple parmi les hypothèses fausses.

Représentation du système solaire incluant l'orbite de la planète hypothétique Vulcain placée à une distance de 16 000 000 milles (25 000 000 km), Hall Colby, 1846.

Urbain Le Verrier et l'hypothétique planète Vulcain

Autre cas de figure, lorsque Urbain Le Verrier suggéra l'existence d'une planète entre Mercure et le Soleil pour expliquer l'avance du périhélie de Mercure, était-ce une erreur scientifique? Oui et non. Dans le cadre de la mécanique newtonienne et de la mécanique céleste en usage au XIX^e siècle, le raisonnement de Le Verrier était correct. D'autant plus que ce même raisonnement de Le Verrier avait conduit à la découverte de Neptune. Ce n'est qu'avec la relativité générale d'Einstein pour expliquer cet écart de 43 secondes d'arc par siècle dans la précession du périhélie de Mercure qu'on peut parler de fausse solution. Sauf qu'on pourrait toujours arguer qu'il ne pouvait s'agir de sa part d'une conviction tant que la soi-disant planète n'était pas découverte et qu'il ne s'agissait donc pas d'une erreur scientifique de sa part mais d'une simple hypothèse fausse. En fait, là où il y a eu erreur dans ce cas-ci fut celle de l'astronome amateur, Edmond Modeste Lescarbault, laquelle résidait non pas forcément dans l'observation mais plutôt sans doute dans l'interprétation de ce qu'il a observé le 28 mars 1859 à propos d'une tache noire qu'il aurait vu passer devant le Soleil et qu'il aurait interprété comme le transit d'une planète située plus près du Soleil que Mercure[395].

L'objet de Hoag avec son anneau d'étoiles bleues dont la symétrie est presque parfaite entourant un noyau plus ancien d'étoiles jaunes.

Arthur Hoag et les galaxies à anneau

Une autre hypothèse fausse en astronomie fut proposée à la suite de la découverte, en 1950, par Arthur Hoag d'une galaxie à anneau située à environ 600 millions d'années-lumière dans la constellation du Serpent[396]. L'objet de Hoag était le premier de sa catégorie et dut laisser perplexe son découvreur qui émit l'hypothèse que cette structure était produite par un effet de lentille gravitationnelle[397]^,[Note 52]. Hypothèse d'autant plus plausible que l'amas central d'étoiles agissant comme lentille gravitationnelle et l'anneau considéré comme une galaxie plus éloignée et dont l'image serait amplifiée, tout en étant déformée, sont constitués par deux populations d'étoiles bien distinctes. L'idée de Hoag dut pourtant être rejetée lorsqu'il fut établi que les deux populations d'étoiles présentent le même décalage vers le rouge les situant par le fait même à la même distance[397]. Un nouveau type de structure galactique avait bel et été découvert (voir aussi Galaxie à anneau polaire). Alors que Hoag put proposer cette hypothèse erronée parce que la théorie de la relativité générale avait été formulée, à l'inverse, Le Verrier proposa son hypothèse fausse pour rendre compte de l'écart dans la précession du périhélie de Mercure, en partie parce que cette même relativité générale n'existait pas encore à l'époque[Note 53].

Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716)

Le concept d'idée fausse en science pourrait être vu comme englobant ceux d'erreur scientifique et d'hypothèse fausse. Plusieurs idées fausses dans le domaine scientifique se trouvent plus ou moins dissimulées du fait qu'elles sont présentées dans le cadre de théories incomplètes. De même, il existe des affirmations à propos desquelles on ne peut pas affirmer qu'elles sont complètement fausses. Elles sont simplement incomplètes lorsqu'on change de cadre théorique. À titre d'exemple, Leibniz qui soutint que la quantité ${\displaystyle \sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}$ était conservée dans de nombreux systèmes mécaniques. C'était une première formulation de la conservation de l'énergie. Comme telle, l'idée n'était pas totalement fausse mais elle avait besoin d'être modifiée dans sa formulation mathématique et complétée par la thermodynamique de même que par la relation masse-énergie.

James Lind (1716 - 1794)

De même le fait que James Lind ait prouvé par un essai clinique que les oranges et les citrons guérissent le scorbut est vrai[399] mettant ainsi de l'avant le concept de carence alimentaire[Note 54] mais pour être plus exact, il a fallu découvrir que c'est en fait la vitamine C qui agit dans cette guérison. En fait, en concluant que ces jus de fruits combattent cette maladie, il faut mentionner en toute honnêteté, pour plus de rigueur, qu'il s'agit d'une demi-vérité si l'on tient compte du fait que seul le jus frais de ces fruits est efficace, à la différence des jus conservés longtemps qui perdent leur efficacité contre cette maladie[401]. D'où une possible distinction entre « erreur scientifique » et « découverte scientifique contenant une erreur » du fait du cadre théorique incomplet avant la naissance de la biochimie dans ce cas-ci.

Il arrive que des scientifiques se risquent à certaines prédictions publiques dans leur domaine de recherche. Le 29 avril 1980, lors de son discours inaugural de nomination à la chaire de professeur lucasien de mathématiques de l'université de Cambridge intitulé « La physique théorique touche-t-elle à sa fin ? », Stephen Hawking prédit l'avènement de la théorie du tout avant la fin du XX^e siècle. À cette date, selon lui, l'ensemble des forces fondamentales de la nature seraient supposées être décrite par une seule théorie cohérente[402]. Hawking avait alors en tête la supergravité N=8 comme théorie candidate à cette unification[403]. Des années après cette fin de XX^e siècle, les physiciens sont toujours à la recherche de cette théorie censée unifier la relativité générale et la mécanique quantique (Voir Théorie des cordes, Théorie des supercordes, Théorie M et Gravitation quantique à boucles).

Stephen Hawking aimait parier avec d'autres scientifiques sur des questions concernant la physique que ce soit sur des questions théoriques ou des expériences. Il a d'ailleurs rendu publiques plusieurs de ses déclarations. En 1996, il publia un article dans lequel il affirmait qu'il était impossible d'observer le boson de Higgs[404] préférant que le LHC découvre quelques-unes des particules supersymétriques[405]. En 2012 et 2013 cependant des expériences du CERN lui donnèrent tort confirmant l'existence de cette particule[406]^,[407]^,[408].

Diffraction par un obstacle circulaire de 5,8 mm de diamètre éclairé par une source de lumière solaire[Note 55].

Des erreurs prédictives ont aussi été commises à propos d'expériences les plus simples à réaliser. En 1819, Siméon Denis Poisson, académicien convaincu de la véracité de la théorie corpusculaire de la lumière développée par Isaac Newton, se sert des équations de Fresnel - celles-ci soutenant la théorie ondulatoire de la lumière développée par Christian Huygens et plus tard par Thomas Young - pour montrer que si ces équations sont exactes, alors elles devraient conduire à un résultat expérimental absurde. L'expérience en question consiste simplement à éclairer un écran circulaire avec de la lumière sous un angle peu oblique, il devrait en résulter, selon le mémoire d'Augustin Fresnel présenté cette année-là, que le centre de l'ombre de l'écran circulaire devrait être aussi éclairé que si l'écran n'existait pas! Pour Poisson, c'est là la preuve que la théorie ondulatoire est fausse. L'expérience est réalisée malgré tout et montre que le centre de l'ombre de l'écran circulaire est éclairé comme le prédisent les équations de Fresnel[409]^,[410] (Voir Diffraction de Fresnel et Tache de Fresnel).

Principe de l'expérience de Wu de 1956 ayant conduit à mettre en évidence la violation de la parité dans la désintégration nucléaire bêta[Note 56].

Il est parfois intéressant d'observer la réaction de certains chercheurs lorsqu'ils réalisent s'être trompés en dépit du fait qu'il s'agisse d'une fausse croyance partagée par une grande partie de la communauté de spécialistes d'un domaine. La réaction de Wolfgang Pauli et de Richard Feynman vaut la peine d'être rapportée quand ils apprirent que la loi de conservation de la parité ne s'appliquait pas pour l'interaction faible. Lorsque Tsung-Dao Lee et Chen Ning Yang eurent proposé une expérience pour vérifier une possible violation de cette parité dans les désintégrations ß[411], Pauli écrivit à son ami Victor Weisskopf qu'il était « ...prêt à parier que l'expérience allait donner un résultat négatif[412]. » Lorsqu'il apprit le résultat positif de l'expérience réalisée par Chien-Shiung Wu et ses collaborateurs montrant une asymétrie dans la distribution angulaire des électrons émis issus de la désintégration β de noyaux de cobalt 60[413], la réaction de Pauli a été alors de s'étonner et de s'interroger dans ce cas de la symétrie droite-gauche maintenue dans l'interaction forte. Quant à Feynman, qui ne voulut pas, au début, lire l'article présentant les résultats de l'expérience, il finit par l'accepter et développer la théorie de la désintégration du neutron s'appuyant sur cette violation de la parité et décida de ne plus jamais faire confiance aux croyances des experts[414].

• Prédictions erronées d'éléments chimiques

La percée de Dmitri Mendeleïev dans l'élaboration du tableau périodique des éléments alors qu'il put prédire l'existence de plusieurs éléments chimiques (Voir Éléments prédits par Mendeleïev), s'est accompagnée de quelques erreurs de prédiction de sa part. Mendeleïev prédit, entre autres, l'existence de deux éléments plus légers que l'hydrogène[182] — il fit du plus léger le constituant de l'éther[415]^,[416] et de l'autre un élément présent dans la couronne solaire qu'il baptisa coronium[416] — de même que l'existence de six éléments entre l'hydrogène et le lithium qui s'est avérée également être fausse[417].

Exemple d'un espace de Calabi-Yau

• Prédictions erronées de résultats impossibles

« Les mathématiciens ont prédit avec assurance, à de multiples reprises, qu'il était impossible que de telles correspondances existent. Pourtant, Philip Candelas (en), Xenia de la Ossa et d'autres ont prouvé que c'était faux. »[418]

Cette affirmation du mathématicien Richard Thomas fait référence à la symétrie miroir qui apparie chaque espace de Calabi-Yau à un espace de Calabi-Yau différent par l'échange de certains de leurs paramètres qui décrivent la forme spécifique de chacun de ces espaces. C'est cet appariement que les mathématiciens n'imaginaient pas possible[418] et qui fut mis en évidence et développé par des physiciens théoriciens spécialistes de la théorie des cordes.

L'astronomie a connu d'innombrables erreurs de prédiction tant et aussi longtemps que les observations dans ce domaine furent affectées d'une imprécision du fait de l'absence d'une instrumentation adéquate. L'une de celles qui a pu être documentée par les historiens des sciences se rapporte à une observation faite en 1563. La conjonction de Saturne et de Jupiter fut observée, cette année-la, entre le 24 et le 27 août 1563. Les éphémérides des tables alphonsines ont prévu cet évènement avec une erreur d'un mois tandis que les nouvelles tables pruténiques, calculées par Erasmus Reinhold et parues en 1551, ont pu prévoir l'évènement avec une erreur de quelques jours seulement. Cette précision impressionna durablement un jeune Danois de 17 ans qui y verra rétrospectivement l'origine de son désir intense d'observer les astres. Son nom : Tycho Brahe[419].

Aristote (384 av. J.-C. - 322 av. J.-C.)

Cordon ombilical chez le requin lisse

Une erreur d'appréciation peut parfois perdurer pendant des siècles voire, dans certains cas, plus de deux mille ans. Dans son Histoire des animaux[420], Aristote donne une description de l'embryon du requin lisse Mustelus laevis en précisant que, chez cette espèce, l'embryon est relié par un cordon ombilical à un organe analogue au placenta. Cette description n'a suscité qu'une incrédulité générale. Il fallut attendre les travaux de Johannes Peter Müller en 1842 pour que les résultats de ses recherches confirment en grande partie l'exactitude de la description d'Aristote[72]^,[Note 57].

Gène d'horloge circadienne

Les erreurs en science peuvent être commises non seulement par ceux et celles qui mettent de l'avant des résultats mais aussi les personnes qui les jugent. Certains scientifiques peuvent avoir, par moments du moins, une attitude dogmatique. Bien souvent, cette attitude conduit certaines personnes, souvent en autorité, soit à refuser la publication de travaux dûment exécutés soit encore, lorsque ces travaux sont publiés, à refuser tout simplement de croire à la validité des résultats. En 1971, Seymour Benzer et Ronald Konopka publièrent un article dans lequel ils mettent en évidence la découverte du premier gène d'horloge circadienne chez la drosophile[422]. Lorsque Benzer communique ces résultats à Max Delbrück, biologiste lui aussi à l'avant-garde dans ce domaine, ce dernier lui répondit: « Je n'en crois pas un mot »[423]. Par la suite, d'autres gènes d'horloge circadienne seront découverts[424]^,[425].

Échantillon de moisissure de pénicilline présenté par Alexander Fleming à Douglas Macleod du St Mary's Hospital de Londres, 1935[426].

Activité antibactérienne par une moisissure

Il arrive qu'une erreur d'appréciation par des pairs retarde l'application d'une découverte de plusieurs années, voire de dizaines d'années. C'est ce qui s'est produit avec la découverte de l'activité antibactérienne par une moisissure bien avant la découverte faite par Alexander Fleming. Fleming découvrit en 1928 l'activité antibiotique de la moisissure d'un champignon contre une bactérie, le staphylocoque et en isolat l'agent actif connu aujourd'hui sous le nom de pénicilline. Pendant longtemps l'idée que Fleming avait découvert du même coup la première activité antibactérienne d'une moisissure ne semble pas avoir été remise en question. Pourtant l'activité antibactérienne de certaines souches de moisissures fut découverte bien avant cette date. Dans les années 1890, deux chercheurs font cette découverte indépendamment l'un de l'autre : Ernest Duchesne et Vincenzo Tiberio. Tiberio publia ses résultats en 1895[427]^,[428] et Duchesne, en 1897[429]. Les historiens ont du mal à s'expliquer pourquoi cette découverte par ces deux chercheurs, d'une importance fondamentale, fut accueillie à l'époque dans l'indifférence la plus totale.

Rémanent de la supernova SN 1987A. Image prise avec le télescope spatial Hubble.

Il arrive que des cas particuliers posent problème également. En 1987, l’astronome canadien Ian Shelton découvre une supernova dans le Grand Nuage de Magellan. Le 18 janvier 1989, une équipe américaine travaillant à l'observatoire du Cerro Tololo rapporte avoir clairement observé cette nuit-là le signal d'un pulsar dans la direction des restes de cette supernova baptisée SN 1987A. D'abord de magnitude 19, sa luminosité atteint la magnitude 18. Chaque demi-heure, 8 millions de mesures sont enregistrées durant 7 heures au total. Durant les jours et les semaines qui suivent, d'autres équipes ont tenté d'enregistrer les signaux du pulsar en question sans succès. L'équipe américaine composée de quinze signataires, dont Saul Perlmutter, décidèrent malgré tout de publier leurs résultats qui parurent le 16 mars 1989 dans la revue Nature mentionnant qu'il s'agit d'un pulsar submilliseconde dont la fréquence de rotation fut très exactement enregistrée à 1 968,629 Hz[430]^,[431]. Il s'agit de la seule observation d'un pulsar pour la supernova 1987 A malgré les tentatives répétées d'autre équipes de chercheurs. S'agit-il alors d'une erreur observationnelle due à un artefact quelconque ?

Les historiens ont noté le décalage de l'enseignement avec les avancées de la science parfois même alors que les responsables académiques disposent de ces nouvelles connaissances. Simplement, ils choisissent de les ignorer ou de les mentionner dans leur enseignement pour les critiquer perpétuant ainsi des erreurs dans le domaine scientifique. En Nouvelle-France par exemple, le système astronomique du jésuite italien Giovanni Battista Riccioli fut enseigné au milieu du XVIII^e siècle plutôt que celui de Copernic[Note 63]^,[Note 64].

Certaines personnes peuvent être de brillants scientifiques et être de piètres enseignants bien souvent dû au fait d'une mauvaise préparation de leurs cours au point de commettre des erreurs. C'était la cas pour Einstein à l'époque où il fut nommé privat-docent (privatdozent) au printemps 1908 alors qu'il enseignait la théorie moléculaire de la chaleur. Dès cette époque et plus tard par la suite, il lui arrivait fréquemment de commettre des erreurs. Il demandait alors à ses étudiants : « Qui peut me dire où je me suis trompé ? » Et si l'un de ses étudiants lui faisait remarquer qu'il s'agissait d'une erreur dans ses mathématiques, il leur répondait : « Je vous l'ai déjà dit maintes fois, je n'ai jamais été très fort en maths. »[446].

Les historiens ont longtemps attribué à Pythagore la découverte du... théorème de Pythagore avant que ne soit découvert le fait que ce théorème était connu des mathématiciens babyloniens deux mille ans avant Pythagore[447].

Avec l'évolution des moyens de communication et de l'information qui voyage plus rapidement, il arrive que des développements scientifiques soient présentés au grand public alors qu'ils ne sont pas encore aboutis. Albert Einstein eut à vivre cette expérience. Au début de 1929, il fit paraître dans une revue spécialisée une série d'articles proposant une théorie du champ unifié[448]. Étant donné la renommée d'Einstein, des journaux s'empressèrent de relayer la nouvelle. Dans le Times de Londres, un journaliste affirma que « la nouvelle théorie est l'aboutissement de la physique des champs initiée par Faraday et Maxwell »[449]. Le Herald Tribune publia même une traduction du texte intégral de l'article dans son numéro du 31 janvier 1929[449]. Or, peu de temps après, Einstein s'aperçut que sa nouvelle théorie contenait des erreurs l'obligeant à y renoncer. Il avait pourtant expressément indiqué qu'elle n'était encore que provisoire[448].

Images du noyau de la galaxie spirale M100 avant et après la correction de l'aberration du miroir principal du télescope Hubble.

Bien qu'elles se retrouvent faire partie du domaine de la science, les erreurs de conception et de réalisation d'instruments scientifiques constitueraient une autre catégorie à distinguer proprement dites des erreurs scientifiques. L'erreur portant sur la courbure du miroir primaire du télescope spatial Hubble qui dut être corrigée dans l'espace en constitue un exemple frappant Cf. (Voir Aberration sphérique).

Toutes aussi préoccupantes furent les erreurs à l'origine du retard de la mise en service du LHC, le grand collisionneur de hadrons du CERN : un problème de connexion électrique ayant occasionné une fuite d'hélium. Certains aimants endommagés durent être remplacés à la suite de cet incident[450]^,[451].

Vue du tunnel du LHC, secteur 3-4

Dans ces deux derniers cas cependant, les dommages aux appareils ou instruments étaient trop importants pour occasionner un léger dysfonctionnement qui aurait été difficilement détectable, dysfonctionnement propre à produire des résultats erronés induisant les scientifiques en erreur. La situation est toute autre avec les sondes Pioneer 10 et Pioneer 11 alors que des spécialistes de ces missions y ont décelé une anomalie dans la trajectoire[452]. Découvrir s'il s'agit d'un défaut lié aux sondes, aussi minime soit-il, devient alors capital. Advenant le cas pour lequel les ingénieurs seraient certains d'avoir éliminé absolument toutes les causes d'erreurs techniques possibles, ce serait alors la physique théorique qui serait susceptible d'être modifiée au-delà de la relativité générale une fois tous les autres phénomènes physiques connus écartés pour l'explication du phénomène observé. Et à l'inverse, un défaut technique non identifié pourrait conduire, dans ce cas-ci, à une erreur scientifique à travers l'élaboration d'une nouvelle théorie pour rendre compte d'un phénomène d'origine technique passé inaperçu advenant le cas que cette théorie soit acceptée par la communauté scientifique.

La science et la technologie sont deux domaines si intimement liés qu'il n'est pas surprenant que des erreurs scientifiques conduisent parfois à des catastrophes.

Vue d'artiste de la sonde Mars Climate Orbiter.

Plusieurs erreurs de conception et/ou fabrication de sondes spatiales se sont produites ayant conduit à l'échec des missions concernées ou à leur succès partiel. (Cf.) La complexité des missions interplanétaires ont conduit à un taux d'échec élevé qui se sont soldés soit par l'écrasement de l'engin spatial soit par l'arrêt inexpliqué des signaux en provenance de la sonde mettant fin brusquement aux communications entre l'appareil et le centre de contrôle. Du fait de cette complexité, les raisons de l'échec de plusieurs de ces missions n'ont pas été résolues. Les causes de quelques-uns de ces échecs ont pu toutefois être identifiées.

• Le 23 septembre 1999, la sonde spatiale Mars Climate Orbiter fut détruite lors de son approche finale pour son atterrissage. Très vite, la NASA découvrit que l'engin avait survolé l'un des pôles martiens à une altitude beaucoup trop faible et les ingénieurs finirent par en découvrir la raison : une confusion due à deux systèmes d'unités, l'un en unités de mesure anglo-saxonnes, l'autre en unités du système métrique par deux équipes qui croyaient utiliser le même système d'unités[453].

• Même après plus d'un demi-siècle d'exploration spatiale, les connaissances et le savoir-faire acquis ne permettent toujours pas d'éviter à coup sûr ce genre de catastrophe. En octobre 2016, la sonde Schiaparelli de l'Agence spatiale européenne s'est écrasée à son tour sur Mars. L'enquête a révélé, entre autres, une mauvaise prévision des mouvements en lacet et en tangage de la sonde lors de la phase de sa rentrée dans l'atmosphère martienne due à une erreur dans les simulations informatiques. Une erreur de calcul d’orientation par l'ordinateur de bord de même qu'une valeur aberrante de son altitude provoquent l'arrêt des rétrofusées 26 secondes trop tôt[454]^,[455] (Voir Schiaparelli - Origine et chronologie de la défaillance).

L'équipage de la mission STS-51-L qui prenait place à bord de Challenger lors de son décollage le 28 janvier 1986.

L'équipage de la mission STS-107 qui périt à bord de Columbia le 1^er février 2003.

Du fait de la complexité de la mise en œuvre de divers projets, il arrive que plusieurs erreurs humaines se combinent à des erreurs liées à une insuffisance des connaissances des nombreux paramètres à tester pour conduire à une catastrophe et que celle-ci aboutisse malheureusement à la perte de vies humaines. En astronautique, ce fut le cas avec la destruction des navettes spatiales Challenger en 1986 et Columbia en 2003 entrainant au total la mort de quatorze personnes (Voir Accident de la navette spatiale Challenger et Accident de la navette spatiale Columbia.

De même, il aura fallu la mort des astronautes Virgil Grissom, Edward White et Roger Chaffee du programme Apollo lors de l'incendie du module de commande et de service Apollo pendant un entraînement au sol au centre spatial Kennedy le 27 janvier 1967 pour qu'on prenne conscience des dangers encourus en milieu confiné rempli d'oxygène pur jusqu'alors sous-estimés[456]^,[457]^,[Note 65]

Images de synthèse du réacteur n^o 4 après l'explosion.

Cette combinaison d'erreurs humaines et d'erreurs dues à une insuffisance des connaissances dans le domaine concerné pouvant mener à une catastrophe se retrouve aussi dans le domaine nucléaire. La catastrophe de Tchernobyl issue de l'explosion de l'un des réacteurs de la centrale nucléaire de Tchernobyl, survenue en avril 1986, en est un exemple. Sur le plan des connaissances scientifiques au moins deux défauts de conception du réacteur ayant explosé ont été relevés.

Niveaux de radiation autour de Tchernobyl en 1996.

Selon le rapport INSAG-7 présenté en 1992 par le groupe consultatif de l’Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) sur la sûreté nucléaire (INSAG)[458], les principales raisons de cet accident résident dans les particularités de la physique et dans la construction du réacteur. L'une d'elles fait état du fait que le réacteur présentait un coefficient modérateur positif dangereusement élevé. Un autre défaut important concernait la conception des barres de contrôle insérées dans le réacteur pour ralentir la réaction. Dans la conception du réacteur RBMK, la partie inférieure de chaque barre de contrôle était en graphite et était plus courte de 1,3 mètre qu'elle aurait dû l'être, et dans l’espace sous les barres, des canaux creux étaient remplis d’eau. La partie supérieure de la tige, la partie véritablement fonctionnelle qui absorbe les neutrons et arrête de ce fait la réaction, était en carbure de bore. Avec cette conception, lorsque les tiges sont insérées dans le réacteur à partir de la position la plus haute, les pièces en graphite déplacent initialement de l'eau (qui absorbe les neutrons). Il en résulte une absorption moins efficace de neutrons. Ainsi, pendant les premières secondes de l'activation de la tige de commande, la puissance de sortie du réacteur est augmentée plutôt que réduite comme le souhaitent les concepteurs[458]^:18.

Tous les effondrements de ponts et autres ouvrages du génie civil ne sont pas forcément attribuables à la seule connaissance imparfaite des lois et phénomènes physiques à prendre en compte (erreurs de conception ou connaissances scientifiques erronées) ou aux erreurs de calcul nécessaires à la conception de leur réalisation. D'autres causes faisant intervenir par exemple des contraintes économiques et le laxisme des autorités concernées en lien avec la maintenance de ces ouvrages ne sont pas prises en compte ici.

• L'effondrement du pont du détroit de Tacoma en 1940 offre un exemple de défaillances structurelles ayant conduit à la rupture d'une structure. L'ouvrage ayant été inauguré quelques mois plus tôt seulement, son effondrement ne pouvait être dû à un vieillissement prématuré de sa structure. Le film ci-contre montre bien les fortes ondulations du tablier de la travée centrale juste avant sa rupture. Quelle qu'en soit la cause exacte, il apparaît clairement qu'une connaissance insuffisante des contraintes structurelles en lien avec la résistance des matériaux a dû jouer un rôle (Voir aussi Contrainte de cisaillement).

Les psychologues ont identifié plusieurs biais cognitifs conduisant à des erreurs de raisonnement. Les études portant sur la psychologie des erreurs commises dans le domaine des sciences semblent peu nombreuses à ce jour. Dans l'un de ses ouvrages, Mario Livio commente une erreur de Linus Pauling. Voici ce qu'il écrit:

« Pauling s'est empressé de publier sa théorie de l'ADN, qui s'est avérée fatalement erronée. Au lieu des doubles brins enroulés dans une hélice que les scientifiques savent maintenant pour constituer des molécules d'ADN, Pauling a théorisé trois brins entrelacés[137]. En partie, a déclaré Livio, Pauling était trop confiant en raison de son succès antérieur dans la déduction d'un modèle de structure pour les protéines. "Son modèle a été construit à l'envers par rapport au modèle correct et avait trois brins à l'intérieur au lieu de deux", a déclaré Livio. "Ce n'était pas une double hélice, c'était une triple hélice, il est tombé dans une large mesure victime de son propre succès."[462] »

Il existe un biais cognitif correspondant à l'attitude de Pauling que décrit Livio, le biais d'autocomplaisance. Deux difficultés surgissent ici. D'une part, comment s'assurer que cette attitude mentale était bien celle de Pauling. D'autre part, comment s'assurer de pouvoir parler ici d'erreur scientifique alors que Pauling a peut-être simplement voulu proposer un modèle. On retrouve ici l'une des difficultés de la catégorisation pour ce concept.

Neurone cortical de souris en milieu de culture cellulaire.

De même, par exemple, Sigmund Freud présenta dans une conférence intitulée La structure des éléments du système nerveux, publié en 1884 dans le Jarbücher fur Psychiatrie, une description dans laquelle il fait état de sa conception de ce que doit être la structure du tissu nerveux. Il écrit :

« Si l'on suppose que les fibrilles du nerf connaissent le parcours de conduite alors on doit dire que les chemins qui, dans les nerfs, sont séparés, confluent dans la cellule nerveuse: alors la cellule nerveuse devient l'origine de toutes les fibres nerveuses qui sont en relation anatomique avec elle[463]. »

Rétrospectivement, la lecture de ce passage donne l'impression que Freud vient de décrire la structure du neurone et pourtant ce n'est pas le cas. Il a fallu pour cela accomplir un saut conceptuel car jusqu'ici aucune cellule observée ne présentait une forme aussi particulière : un corps cellulaire avec un prolongement incomparablement plus long (Heinrich Wilhelm Waldeyer est celui qui parviendra à cette conception en 1891[464] à la suite des travaux de Santiago Ramón y Cajal). Mis à part ce saut conceptuel, il est possible que des facteurs psychologiques sont intervenus pour s'interposer comme obstacles comme le fait que l'année précédente, en 1883[465], Freud prit connaissance, grâce à Breuer, du cas Anna O qui a vivement retenu son attention et qui a sans aucun doute été l'un des facteurs l'ayant amené de la neurologie à la psychologie. Pourtant, là encore, des difficultés se présentent. Jusqu'à quel point par exemple partager son attention entre deux sciences constitue-t-il un obstacle à l'émergence d'une conception ? S'agissant de personnages historiques, il n'est évidemment pas possible pour les psychologues d'expérimenter en leur présence les réduisant ainsi à des conjectures.

Mis à part le fait que les scientifiques qui reconnaissent avoir commis une erreur, qu'elle soit d'ordre méthodologique ou autre, peuvent voir leurs crédits de recherche supprimés même si cette erreur est commise de bonne foi, la diminution voire l'effondrement du prestige accordé à ces personnes compte sans doute parmi les raisons les plus fortes sur le plan psychologique qui explique leur réticence à passer aux aveux. La crainte des attaques personnelles et de l'humiliation suffit bien souvent à faire reculer bien des gens de la communauté scientifique sur la voie de l'éthique qui exige que la vérité soit rétablie.

C'est pourquoi il n'est pas anodin de constater que certaines de ces personnes aient trouvé le courage de faire amende honorable en reconnaissant leur(s) erreur(s) une fois leurs travaux publiés. Ainsi un article de Rasmus Nielsen (en) et Xinzhu Wei paru en juin 2019 a fait l'objet d'une rétractation publique de la part de Nielsen le 8 octobre suivant. L'article publié dans Nature Medicine[466] affirmait que les jumelles chinoises, dont le gène CCR5 a été modifié par l'équipe dirigée par He Jiankui, auraient une espérance de vie réduite. Du fait d'erreurs techniques dans la base de données utilisées pour leur étude, Nielsen s'est vu obligé de revenir sur leur conclusion[467]. En janvier 2020, Frances Arnold, lauréate du prix Nobel de chimie 2018, reconnaissait à son tour avoir manqué de rigueur dans la réalisation d'une étude dont les résultats n'avaient pu être reproduits invalidant ainsi les conclusions de l'un de ses articles paru dans Science[468]. Dans un cas comme dans l'autre, ces deux chercheurs ont reconnu rapidement leur erreur après la publication de leurs travaux[467].