Objectifs de l’approche chimiométrique

La chimiométrie a principalement émergé au cours de la seconde moitié du XXème

siècle en réponse à deux évolutions technologiques conjointes. La première est

essen-tiellement liée à la croissance des moyens de stockage et de traitement des données à

l’aide des outils informatiques. La seconde évolution est liée aux données elles-mêmes

qui sont produites en quantités de plus en plus importantes avec l’avènement de

mé-41 3.2 OBJECTIFS DE L’APPROCHE CHIMIOMÉTRIQUE

thodes analytiques toujours plus variées et complexes. Il existe plusieurs définitions

de la chimiométrie, mais la définition suivante est globalement acceptée.

"La chimiométrie est une discipline de la chimie qui fait usage des

mathématiques, statistiques et de la logique formelle pour (a) planifier

ou sélectionner des procédures expérimentales optimales ; (b)

maximi-ser la production d’information chimique pertinente ; (c) développer des

connaissances sur les systèmes chimiques."1 (Massart et al., 1997)

D’un point de vue historique, le chimiste suédois Svante Wold est considéré être

le premier à avoir utilisé la notion de chimiométrie dans une publication parue en

1972 en suédois, puis en 1974 dans sa version anglaise (Wold, 1974). Son

homo-logue américain Bruce R. Kowalski a publié une revue sur les traits de caractère de

cette nouvelle discipline de la chimie qu’est la chimiométrie (Kowalski, 1975) peu

après avoir fondé avec Wold l’International Chemometrics Societyà Seattle en 1974

(Varmuza et Filzmoser, 2009).

Pour mieux comprendre et placer la chimiométrie au sein de la chimie analytique, il

convient de définir la chimie analytique et son champ d’applications.Ducauze(2014)

donne une définition intéressante de la chimie analytique au sens large et généraliste

de son application dans la chimie, ainsi que dans la pratique.

"La chimie analytique est la science de l’information chimique et de

son bon usage. Le champ de ses applications couvre l’ensemble des

pro-blèmes qui peuvent être résolus au moyen d’une information chimique

appropriée, obtenue en combinant un ensemble :

– de méthodes mathématiques, statistiques et informatiques

(chimiomé-trie) ;

– de méthodes physiques, chimiques ou physicochimiques de l’analyse

(analyse chimique).

1. "Chemometrics is a chemical discipline that uses mathematics, statistics and formal logic

(a) to design or select optimal experimental procedures ; (b) to provide maximum relevant chemical

information by analysing chemical data ; and (c) to obtain knowledge about chemical systems."

Son objectif est d’aider à résoudre des problèmes au moindre coût, ce

qui implique de savoir choisir une information pertinente, d’optimiser

l’organisation de la collecte de données, de s’assurer de leur validité, de

connaître leur signification et de maîtriser leur structuration.

Toute recherche en chimie analytique aura pour but d’améliorer ses

outils ou d’en trouver de nouveaux, qu’il s’agisse de stratégies, de

mé-thodes ou d’instruments."

Par cette définition,Ducauze (2014) place le problème au cœur de la réflexion et de

la méthodologie. À travers l’analyse chimique et la chimiométrie, la chimie

analy-tique regroupe l’ensemble des moyens pour créer de l’information chimique à partir

d’une méthodologie adaptée à la résolution du problème. Wold (1995) rappelle que

la chimiométrie cherche à développer des moyens pour obtenir de l’information

chi-mique pertinente à partir de données chichi-miques, de représenter cette information et

d’extraire cette information des données. La meilleure façon de parvenir à ces fins

est de représenter l’information chimique sous forme de modèles.

Wold(1995) présente l’approche chimiométrique comme uneinvestigation chimique.

L’investigation chimique est fortement corrélée à l’approche investigative utilisée sur

le champ d’investigation dans l’activité de la police scientifique. L’investigation vise

à créer des modèles sur la base de connaissances a priori en accord avec la réalité

par un processus d’inférences à partir d’éléments imparfaits. Pour le

chimiométri-cien, ces éléments imparfaits sont les données. Les données mesurées contiennent

du bruit, elles sont incertaines et elles varient. À cause de ce bruit, il existe une

différence entre les modèles et les observations, mais aussi entre les modèles et une

certaine réalité absolue. Les modèles développés sont simplifiés, non simplistes, et

représentent une approximation de la réalité. En ce sens, la chimiométrie utilise

les outils mathématiques et statistiques pour tirer des conclusions et prendre des

décisions à partir de données imparfaites et variables. Il est toutefois important de

garder à l’esprit que l’emploi de la chimiométrie doit être motivé, non pas par le

développement de méthodes mathématiques, mais par la résolution de problèmes

43 3.2 OBJECTIFS DE L’APPROCHE CHIMIOMÉTRIQUE

chimiques.

La Figure 3.1 schématise le processus de modélisation en chimiométrie, une

dé-marche qui a été suivie tout au long de ce projet. Ce processus est orienté sur le

problème, à savoir que ce dernier doit être défini et compris par le chimiométricien.

La compréhension du problème est basée sur des connaissances chimiques a priori.

Ces connaissances peuvent être enrichies par une revue de la littérature exhaustive

sur le problème étudié.

L’état de l’art dans le domaine de l’inférence de source de liquides inflammables est

discuté dans la section suivante. Construire une base de connaissances solide sur le

problème est indispensable pour pouvoir orienter et développer des hypothèses de

travail adaptées au problème traité. Le développement de ces hypothèses est présenté

dans la partie expérimentale (Chapitre4). Une fois les hypothèses de travail

dévelop-pées, il est nécessaire de procéder à l’échantillonnage de la population d’intérêt pour

l’évaluation de ces hypothèses. La stratégie d’échantillonnage est présentée dans le

Chapitre5. Une fois les échantillons récoltés pour l’évaluation des hypothèses de

tra-vail, il est nécessaire de mettre en place une méthodologie expérimentale permettant

d’acquérir les données chimiques traitées par des approches chimiométriques. Il peut

être considéré que la chimiométrie n’entre en jeu qu’à partir de cette étape, mais les

approches chimiométriques utilisées sont en partie conditionnées par le problème, les

hypothèses de travail, les échantillons et la procédure expérimentale. Le

développe-ment de la méthodologie expéridéveloppe-mentale peut être basé sur une méthode analytique

standardisée ou il peut être nécessaire de développer une approche spécifique aux

échantillons et problèmes traités. Une fois les données chimiques des échantillons

acquises au moyen de la procédure expérimentale, les approches chimiométriques

sont utilisées pour construire un modèle adapté à l’évaluation des hypothèses de

travail. À l’aide d’outils statistiques et mathématiques, le chimiométricien crée des

modèles adéquats permettant d’extraire l’information chimique pertinente. Le

chi-miométricien confronte ces données aux lois qui règnent sur l’univers au regard de la

réalité attendue. Le modèle créé est ensuite testé et validé avec un jeu d’échantillons

n’ayant idéalement pas servi à la construction du modèle afin d’évaluer la robustesse

de ce dernier. Un modèle inadapté à la réalité physico-chimique attendue est rejeté.

Dans le cas où un modèle permet d’extraire de l’information pertinente à partir des

données chimiques, le chimiométricien peut mettre à jour ses connaissancesa priori

sur le problème étudié et prendre, si possible, des décisions vis-à-vis de celui-ci.

Figure ^{3.1 – Processus de modélisation en chimiométrie orienté sur le problème}

Dans le document Évaluation d'une approche chimiométrique non ciblée pour l'inférence de source de liquides inflammables en science forensique (Page 53-57)