Sommaire : p.1 : éditorial, site et liste SVT ; p.2 et 3 : hasard, pensée commune et concept scientifi- que par Guy Rumelhard; p. 4 et 5 hasard, émergence et évolution, par Pierre Clément.
Chers collègues,
Le groupe SVT vous propose dans ce numéro une réflexion sur la notion de hasard. Alors que nous sommes de plus en plus nombreux à réfléchir à la prise en compte des représenta- tions de nos élèves dans la construction de leurs savoirs, qu’en est-il de nos propres représentations ?
La plume, adaptation au vol ? Le vol, entre autres permis par l’apparition au hasard de la plume ? Que reflètent nos rac- courcis de langages ? Sont-ils toujours maîtrisés ? Bien sûr, les croyances interfèrent, comme le montre P. Clément dans les résultats de son étude internationale. Mais elles ne sont pas seules : nos non-dits, délibérés ou non, sont aussi traduits en représentations par nos élèves. Il nous faut faire ce travail d’explicitation, proposé par G. Rumelhard : de quoi parllons- nous quand nous discutons de hasard ? Ne serait-il pas l’ou- blié de nos cours, étant probablement plus complexe à ensei- gner que la sélection naturelle ?
En ces temps de mise à mal de la laïcité, il importe d’être très vigilant sur ces questions d’épistémologie. Par exemple, le phénotype des uns et des autres est en partie fruit du ha- sard et tout jugement fondé uniquement sur la génétique ou uniquement sur le social est dans l’erreur : quand les respon- sables politiques assènent des affirmations expéditives, il est important que notre enseignement scientifique soit rigou- reux.
Bonne lecture.
Valérie Sipahimalani
N°7 avril 2009 SNES, groupe SVT, 46, avenue d’Ivry, 75647, Paris Cedex 13 Nous écrire :
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Le mot hasard apparaît dans la vie courante quand les explications causales matérielles deviennent incertaines, difficile à analyser et à comprendre ou totalement ab- sentes. Dans certaines circonstan- ces le mot « complexité » semble jouer le même rôle1. Il annule la recherche d’une causalité, ou la rend inaccessible et s’y substitue. Bien évidemment il existe un concept scientifique de complexité. La causa- lité qui est actuellement le plus souvent envi- sagée en termes scientifiques, peut égale- ment être de type symbolique et immatériel.
L’influence, le mauvais sort, le manque de chance, le destin gardent une valeur explica- tive au niveau social2. Dans certains groupes ethniques cette causalité symbolique envahit la totalité des systèmes d’explication et en ce sens on peut dire que, dans ces groupes, le hasard n’existe pas. Cela a longtemps été considéré, à la suite de Lévy-Bruhl, comme une caractéristique des « mentalités primiti- ves ». Un indien Arunta ou Bororo peut-il réel- lement observer la dispersion aléatoire des flèches autour d’une cible s’il suppose que l’impact dépend des rites réalisés au préala- ble, avant la chasse par exemple, et du
« mana » (un esprit) qui conduit sa trajec- toire.
Dans le domaine pédagogique quand on connaît et admet la facilité avec laquelle les enfants se laissent envahir par les contes, les mythes, les récits, on peut se demander dans quelle mesure ceux-ci font obstacle à l’acqui- sition des concepts de hasard3. La genèse du concept mathématique de hasard ne relève pas d’une pratique expérimentale empirique par essais et prise en compte des échecs et des réussites.
Nous mettons un pluriel à «concepts» car on peut distinguer trois sens différents qui ont un contenu précis. Il reste hélas que, dans la vie courante ces trois sens sont employés l’un pour l’autre et il semble désespéré de pouvoir obtenir leur séparation. On distinguera donc sur le plan épistémologique4 : la chance, l’a- léatoire, le contingent.
1. La chance, malchance
L’expression « il a eu de la chance » traduit dans le langage courant la réalisation d’un événement qui n’était pas recherché par un individu (c’est arrivé par hasard), mais qui a
pour lui une grande importance positive ou négative. L’événement est fortuit, inattendu, accidentel au sens où il ne faisait pas partie du ou des buts visés. On peut, selon Cournot, dire que ce hasard est la rencontre de deux séries causales distinctes, mais cela ne pré- cise rien.
En biologie l’apparition d’une mutation se fait
« par hasard » au sens ou la chance qu’une mutation précise, spécifique se produise est sans relation causale avec son utilité virtuelle, mais les conséquences de son apparition, avantageuses ou non, sont très importantes pour l’individu lui-même et/ou pour sa des- cendance.
Les scientifiques font bien souvent appel à ce hasard pour expliquer ce qu’ils nomment leurs
« découvertes », mais il s’agit en général de fausse modestie. La chance ne sourit qu’aux esprits préparés. Le cas Flemming est typique.
2. L’aléatoire
L’étymologie du mot hasard (az- zahr le dé en arabe) nous pro- pose le modèle d’un « jeu de hasard ». Ce n’est que l’un des sens possibles du mot hasard et les mathématiciens5 ont concep- tualisé et modélisé ces situa- tions bien plus tardivement que
l’invention de ces jeux. Sur le plan causal on peut énumérer plusieurs possibilités. Nous ne sommes donc pas dans l’inconnu ou le non analysable. Parfois si les situations sont suffi- samment nombreuses à la suite d’essais répé- tés, on peut même leur affecter une probabi- lité, mais on ne peut prédire quelle possibilité sera réalisée chez un individu donné lors d’un essai donné. Mendel introduit cet aléa (coup de dés en latin) au cœur de la génétique de deux façons complémentaires. Il faut conce- voir les observations empiriques sur des grou- p e s s u f f i s a m m e n t n o m b r e u x e t
« randomisés » (tirés au hasard), et l’appari- tion de tel ou tel caractère dépend de deux événements aléatoires au moment de la méiose et de la fécondation. La séparation des allèles au moment de la formation des gamètes et les rencontres des gamètes se font non plus « par hasard », mais « au hasard ».
Le modèle de cette loi de probabilité est l’urne de Bernoulli, (urne fictive) dans la- quelle la composition est connue, les élé- ments sont en très grand nombre, identique- HASARD
Pensée commune et concept scientifique Guy Rumelhard, didacticien, INRP
ment distribués et les tirages indépendants les uns des autres (i.i.d). Le problème est que le hasard est à lui-même son propre modèle. Les calculatrices programmables et le logiciel Ex- cell proposent des fonctions RANDOM ou ALEA qui s’appuient sur une loi mathématique pseudo aléatoire, mais suffisante pour les cal- culs ordinaires. Les dés non pipés lancés à la main sont un autre modèle. Bien d’autres
« lois de probabilité » existent.
Au niveau de la molécule d’ADN on peut dé- crire toutes les possibilités de modification dans l’enchainement des quatre bases (ACGT) qui risquent de provoquer des mutations ayant un effet phénotypique. Il est difficile de leur affecter une probabilité, et impossible de pré- voir laquelle va survenir, ou non. Il est actuel- lement possible d’analyser a posteriori le mé- canisme qui est en cause.
Mais au sens courant dire qu’une
« affaire présente des aléas » c’est dire qu’il y a un risque, que les béné- fices attendus sont aléatoires, c'est- à-dire incertains, qu’il y a peu de chance de réussir. Et l’on retrouve le sens précédent.
3. La contingence
En biologie, en dehors de la génétique, la ca- pacité prédictive en physiologie et surtout en écologie est faible car les systèmes sont com- plexes, donc très difficiles à analyser. La modi- fication d’un paramètre par le jeu de l’organi- sation en système, des interactions, des effets de rétroaction positive ou négatives, rend très difficile la prévision des conséquences et des effets favorables ou non. Les modélisations mathématiques sont très pauvres et largement débordées par les observations empiriques. De plus, dans certains cas, le système est très sensible aux conditions initiales et celles-ci ne sont bien souvent pas déterminées de manière exhaustive et précise. On parle alors de contingence.
Ce terme de contingence assez technique n’est véritablement utilisé en biologie qu’à propos des théories de l’évolution. Dans son analyse des quatre causes qui président à la fabrica- tion d’un objet Aristote proposait une « cause finale » c'est-à-dire que dans toutes les œuvres humaines il faut prendre en compte le but (la finalité) que l’on se propose. La transposition de ce raisonnement humain « spontané » à l’évolution implique la recherche d’une com- mande extérieure à la biologie qui dirige l’évo-
lution. On évoque alors, selon la métaphore choisie, un créateur, un chef, un organisateur, un grand compositeur, un programmateur, un gouverneur, autrement dit une entité méta- physique qui échapperait à la science. C’est le mérite de Darwin d’avoir surmonté cette diffi- culté. Il n’y a aucune nécessité a priori pour que certains événements évolutifs se produi- sent. Dans son livre sur « la logique du vivant » François Jacob6 y revient à neuf reprises avec le mot contingence. En effet on ne surmonte pas aussi aisément une représentation anthro- pomorphique qui fait intervenir un chef, un centre de décision, une hiérarchie, une inten- tion. D’autant que si l’intention est absente, il ne reste alors que le hasard personnalisé en une force qui agit en méconnaissance totale des conséquences de son action, et qui est donc aveugle.
Au sens courant dire « que même dans les pro- jets les mieux préparés, il faut tenir compte des contingences » c’est dire qu’il existe des événements accidentels, aléatoires, imprévus, fortuits. Et l’on retrouve à nouveau les deux sens précédents.
1 RUMELHARD Guy (2000) Les formes de causali- té dans les sciences de la vie et de la Terre. Ap- proche didactique : représentation, conceptuali- sation, modélisation. Paris : INRP. Cf. en particu- lier En biologie et écologie la complexité annule- t-elle la causalité ? p. 17-22
2 LAHANIER-REUTER Dominique (1999) Concep- tions du hasard et enseignement des probabilités et statistiques. Paris : PUF
3 PIAGET Jean (1974) La genèse de l’idée de ha- sard. Paris : PUF 2ème ed.
4 GAYON Jean (1998) Hasard et évolution. Pour la science Dossier hors série janvier 1997. Réim- pression dans l’évolution ss dir. H. Le Guyader, Bibliothèque pour la science 1998 p. 12-14 ; GAYON Jean (1999) Le hasard. In Dictionnaire d’histoire et de philosophie des sciences. Paris : PUF p. 475-477
5 BOREL Emile (1943) Les certitudes du hasard.
Paris : PUF 6ème éd. 1967
6 JACOB François (1970) La logique du vivant. Pa- ris : Gallimard p.11, 146, 170, 174, 183, 190, 194, 215, 345.
Hasard, Emergence et Evolution Pierre Clément 1
Malika est une étudiante brillante de troisième année de licence de Biologie à l'Université. Elle a gardé de bons contacts avec ses professeurs de Terminale Scientifique (en particulier ceux de SVT et de philo). Elle se prête volontiers à un entretien1, au cours duquel elle s'avère très compétente en génétique et biologie molécu- laire, et montre qu'elle a compris et accepté les processus de l'Evolution tout en restant très croyante et pratiquante. Un seul point d'achop- pement, cependant, au cours de cet entretien : le rôle du hasard. Quand il y a apparition de nouvelles espèces, elle considère que c'est trop complexe pour que ce soit un hasard non plani- fié ! Les processus aléatoires seraient finalisés, œuvre d'un Créateur … Nous avons eu le même type de discussion avec des formateurs d'ensei- gnants SVT dans différents pays africains.
J'ai coordonné, avec Marie Pierre Quessada2, dans le contexte d'une recherche internationale financée par la Communauté Européenne3, le thème Evolution. Prenons ici l'exemple des ré- ponses de 5700 enseignants de 14 pays aux deux questions suivantes.
Quelle est, selon vous, l’importance des fac- teurs suivants dans l’évolution des espèces?
(Cocher une seule case par ligne.)
En France, seulement 70% des 319 enseignants biologistes et 40% des 413 autres enseignants interrogés4 pensent que le hasard est très im- portant dans l'évolution des espèces, alors que ces pourcentages sont respectivement de 93%
et 73% pour le rôle très important de la sélec- tion naturelle. Dans les 13 autres pays, on ob- serve toujours une moindre acceptation du rôle du hasard que celui de la sélection naturelle : quand la majorité des enseignants interrogés sont plutôt évolutionnistes (France, Estonie, Portugal, …) comme quand ils sont majoritaire- ment créationnistes (Algérie, Maroc, Liban, …).
Par exemple au Portugal, 82% des 111 ensei- gnants biologistes et 46% des 239 non biologis- tes, reconnaissent le rôle très important de la
sélection naturelle, ces pourcentages étant seulement de 36% et 11% pour celui du hasard.
Le rôle du hasard dans les processus évolutifs est donc plus difficilement admis que celui de la sélection naturelle, y compris par des ensei- gnants qui ont une formation de biologie. Ce qui fait le lit du créationnisme. En effet, pour les créationnistes fondamentalistes, les adapta- tions étonnantes observées chez les êtres vi- vants ne peuvent pas être le résultat du seul
"hasard aveugle", et ne peuvent "donc" être ex- pliquées que par l'intervention d'un grand horlo- ger, "le Créateur". Ils nous piégent dans l'alter- native "ou le hasard aveugle", "ou le Créateur"5. Or les biologistes n'affirment jamais que les nouvelles espèces sont le produit du seul ha- sard, car ils connaissent le rôle essentiel de la sélection naturelle, concept que Darwin a placé au cœur des processus évolutifs. Mais les créa- tionnistes passent totalement sous silence la sélection naturelle pour piéger leurs interlocu- teurs. Quant à l'association entre hasard et aveugle, c'est suggérer qu'il pourrait y avoir un hasard non aveugle, finalisé, celui auquel se référait Malika. Les dés seraient pipés !
Gayon6 rappelle que, en arabe, az zahr signifie jeu de dés. Mais déjà la notion d'aléatoire est mal comprise par la plupart des élèves et étu- diants, souvent persuadés que la stabilisation du dé sur le 6 sera plus probable après cinq lan- cers infructueux7. Gayon distingue trois signifi- cations courantes du mot hasard (chance, pro- babilité et contingence) et indique que la no- tion de hasard intervient à au moins cinq ni- veaux dans la théorie de l'évolution : muta- tions, dérive génétique, évènements fortuits à l'échelle du génome entier, écosystèmes et macro-évolution. Je ne développe pas ces points ici, pour plus insister sur une idée qui mériterait d'être enseignée à différents niveaux du cursus scolaire : les processus aléatoires s'ar- ticulent toujours sur des contraintes exogènes et / ou endogènes. Les rayons X sont mutagènes par exemple, mais les mutations n'en sont pas pour autant moins aléatoires. Les modifications de l'ADN dues aux éléments transposables (gènes sauteurs), qui jouent un rôle très impor- tant dans les processus évolutifs8, sont particu- lièrement nombreuses dans certains contextes environnementaux : elles n'en sont pas moins aléatoires.
L'articulation entre hasard et diverses contrain- tes, est omniprésente dans les processus biolo- Très
impor- tant
Moyenne- ment im- portant
Peu im- portant
Pas im- portant du tout B42
Le hasard B43
La sélection naturelle
1-Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche en Didactique et en Histoire des Sciences et des Techniques (LIRDHIST)
giques, aussi bien ontogénétiques que phylogénéti- ques9. Prenons quelques exemples.
Sur le dos de nos mains, nos veines ne présentent pas le même trajet entre la main droite et la main gauche, avec pourtant le même génome. Il en est de même pour les feuilles d'un platane, issues du même arbre : pas une n'a exactement les mêmes nervures, alors que toutes sont facilement identi- fiables comme des feuilles de platane. Il en est de même pour les trajets de neurones : chez des ani- maux qui ont le même génome, les branchements dendritiques d'un neurone précis varient d'un indivi- du à un autre10. Tous ces processus d'ontogenèse combinent des dimensions aléatoires à des contraintes diverses, l'ensemble aboutissant à cette diversité de structures observées au sein d'un en- semble émergent qui présente des régularités mor- phologiques et fonctionnelles.
Alors que le concept d'émergence11 est devenu un nouveau paradigme de la biologie, il est toujours non enseigné ou très mal. Il peut cependant être expliqué de façon simple sur des exemples de com- portements d'insectes sociaux : c'est par la combi- naison de déplacements aléatoires et de propriétés élémentaires que les fourmis mettent en œuvre une stratégie alimentaire "intelligente", sans qu'au- cune d'elles n'en ait l'intention ni la conscience12. Il en est de même pour la construction de leur nid par les guêpes, sans architecte13. Dans le cerveau humain, c'est la configuration de nos réseaux neu- ronaux (elle s'effectue à 90% après la naissance) qui est porteuse de nos performances. Cette épigenèse cérébrale combine processus aléatoires du dévelop- pement des neurones, contraintes locales et sélec- tion de synapses en fonction de l'expérience de chacun14.
L'articulation entre processus aléatoires et contraintes sélectives est encore mal ou non ensei- gnée. Si les élèves étaient très tôt et à plusieurs reprises dans leur cursus, familiarisés avec cette interaction, et avec la notion d'émergence, les idées créationnistes auraient moins de prises sur eux. Mieux comprendre et enseigner le rôle du ha- sard en biologie devient une priorité.
1 Entretien réalisé en novembre 2008 par P.Clément, F.
Estèves et J.P.Dramisino
2 Le rapport le plus complet de ces recherches peut être consulté dans la thèse de Marie Pierre Quessada (2008) : L’enseignement des origines d’Homo sapiens, hier et au- jourd’hui, en France et ailleurs : programmes, manuels scolaires, conceptions des enseignants. Université de Montpellier II, 430 pages. http://tel.archives-ouvertes.fr/
tel-00353971/fr/ Voir aussi : Clément P. & Quessada M.P., 2008 - Les convictions créationnistes et/ou évolutionnistes d'enseignants de biologie : une étude comparative dans 19 pays. Natures Sciences Sociétés, 16, p. 154-158.
3 BIOHEAD-CITIZEN : Biology, Health and Environ- mental Education for better Citizenship, CIT2-CT- 2004-506015 (2004-2008). Projet coordonné par G.Carvalho, P.Clément & F.Bogner.
4 Les enseignants interrogés dans chaque pays corres- pondaient à des échantillons précis : 1/3 pour le Pri- maire, 1/3 la Biologie dans le Secondaire et 1/3 la langue du pays dans le Secondaire. Dans chacun de ces trois échantillons, la moitié des personnes inter- rogées enseignent déjà, les autres étant à la fin de leur formation initiale. Les enseignants du Primaire ayant des diplômes de biologie sont inclus dans l'en- semble "enseignants biologistes".
5 Clément, P., 2002. Methods to analyse argumentation in (more or less) scientific texts. An example: analysis of a text promoting Creationism. In D.Krnel, Proceedings of the 6th ESERA Summer-school, 25-31 August (CD- ROM), Publ. Faculty of Education, Univ. of Ljubljana (7 pp.)
6 Gayon J., 1997 - Hasard et Evolution - dans le numéro spécial de "Pour la Science" sur l'Evolution,
7 Girault, Y & Girault, M. (2004). L’aléatoire et le vivant.
Québec : Presses de l’Université Laval..
8 Biémont C (2008) - Dossier Évolution et créationnisme.
Les éléments transposables : une force évolutive majeure, Natures Sciences Sociétés, vol. 16 pp.41-43
9 Kupiec J.J., 2008 - L'origine des individus. Paris : Fayard, Le temps des sciences.
10 Levinthal et al., 1976, reproduit in Changeux 2002, L'Homme de vérité. Paris : Odile Jacob, p.288.
11 Stengers I., 1997 - Cosmopolitiques. Tome 6 : La vie et l'artifice : visages de l'émergence. Paris : La Dé- couverte / Les Empêcheurs de penser en rond.
12 Clément P., 1994 - De la régulation à l'auto- organisation. in G.Rumelhard : La régulation en bio- logie. Approche didactique : représentation, concep- tualisation, modélisation, Paris : Éd. I.N.R.P.
(Didactique des disciplines), p.7-24.
13 Théraulaz G. & Bonabeau E., 1995 - Coordina- tion in Distributed Building. Science, 269, p.686- 688.
14 Changeux J.P., 1983 - L'homme neuronal. Paris : Fayard, Le temps des sciences, p.275-330.
