lettre SVT n°7

La lettre SVT du SNES
Sommaire : p.1 : éditorial, site et liste SVT ; p.2 et 3 : hasard, pensée commune et concept scientifique par Guy Rumelhard; p. 4 et 5 hasard, émergence et évolution, par Pierre Clément.
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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 représentations 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 raccourcis 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 parllonsnous quand nous discutons de hasard ? Ne serait-il pas l’oublié de nos cours, étant probablement plus complexe à enseigner 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 hasard et tout jugement fondé uniquement sur la génétique ou
uniquement sur le social est dans l’erreur : quand les responsables politiques assènent des affirmations expéditives, il est
important que notre enseignement scientifique soit rigoureux.
Bonne lecture.
Valérie Sipahimalani
Le site SVT sur les Observatoires du SNES
http://www.snes.edu/spip.php?rubrique2946
Allez rechercher des réflexions, des références sur le site SVT du SNES
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N°7 avril 2009 SNES, groupe SVT, 46, avenue d’Ivry, 75647, Paris Cedex 13
1
HASARD
Pensée commune et concept scientifique
Guy Rumelhard, didacticien, INRP
Le mot hasard apparaît dans la vie
courante quand les explications
causales matérielles deviennent
incertaines, difficile à analyser et
à comprendre ou totalement absentes. Dans certaines circonstances 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 causalité qui est actuellement le plus souvent envisagée en termes scientifiques, peut également être de type symbolique et immatériel.
L’influence, le mauvais sort, le manque de
chance, le destin gardent une valeur explicative 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 primitives ». Un indien Arunta ou Bororo peut-il réellement observer la dispersion aléatoire des
flèches autour d’une cible s’il suppose que
l’impact dépend des rites réalisés au préalable, avant la chasse par exemple, et du
« mana » (un esprit) qui conduit sa trajectoire.
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’acquisition 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’aléatoire, 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 précise 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 descendance.
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 (azzahr le dé en arabe) nous propose le modèle d’un « jeu de
hasard ». Ce n’est que l’un des
sens possibles du mot hasard et
les mathématiciens5 ont conceptualisé et modélisé ces situations 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 suffisamment nombreuses à la suite d’essais répétés, on peut même leur affecter une probabilité, 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 concevoir les observations empiriques sur des groupes
suffisamment
nombreux
et
« randomisés » (tirés au hasard), et l’apparition 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 laquelle la composition est connue, les éléments sont en très grand nombre, identique-
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2
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 Excell proposent des fonctions RANDOM ou ALEA
qui s’appuient sur une loi mathématique
pseudo aléatoire, mais suffisante pour les calculs 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 décrire 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 prévoir laquelle va survenir, ou non. Il est actuellement possible d’analyser a posteriori le mécanisme 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 bénéfices attendus sont aléatoires, c'està-dire incertains, qu’il y a peu de
chance de réussir. Et l’on retrouve le
sens précédent.
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 métaphysique qui échapperait à la science. C’est le
mérite de Darwin d’avoir surmonté cette difficulté. Il n’y a aucune nécessité a priori pour
que certains événements évolutifs se produisent. 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 anthropomorphique qui fait intervenir un chef, un
centre de décision, une hiérarchie, une intention. 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 projets 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.
3. La contingence
1 RUMELHARD Guy (2000) Les formes de causalité dans les sciences de la vie et de la Terre. Approche didactique : représentation, conceptualisation, modélisation. Paris : INRP. Cf. en particulier En biologie et écologie la complexité annulet-elle la causalité ? p. 17-22
En biologie, en dehors de la génétique, la capacité prédictive en physiologie et surtout en
écologie est faible car les systèmes sont complexes, donc très difficiles à analyser. La modification d’un paramètre par le jeu de l’organisation 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 fabrication 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 commande extérieure à la biologie qui dirige l’évo-
2 LAHANIER-REUTER Dominique (1999) Conceptions du hasard et enseignement des probabilités
et statistiques. Paris : PUF
3 PIAGET Jean (1974) La genèse de l’idée de hasard. Paris : PUF 2ème ed.
4 GAYON Jean (1998) Hasard et évolution. Pour la
science Dossier hors série janvier 1997. Réimpression 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. Paris : Gallimard p.11, 146, 170, 174, 183, 190,
194, 215, 345.
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3
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 moléculaire, et montre qu'elle a compris et accepté
les processus de l'Evolution tout en restant très
croyante et pratiquante. Un seul point d'achoppement, 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 planifié ! Les processus aléatoires seraient finalisés,
œuvre d'un Créateur … Nous avons eu le même
type de discussion avec des formateurs d'enseignants 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 réponses de 5700 enseignants de 14 pays aux deux
questions suivantes.
Quelle est, selon vous, l’importance des facteurs suivants dans l’évolution des espèces?
(Cocher une seule case par ligne.)
Très
important
Moyennement important
Peu important
Pas important
du tout
B42
Le hasard
B43
La sélection
naturelle
En France, seulement 70% des 319 enseignants
biologistes et 40% des 413 autres enseignants
interrogés4 pensent que le hasard est très important dans l'évolution des espèces, alors que
ces pourcentages sont respectivement de 93%
et 73% pour le rôle très important de la sélection naturelle. Dans les 13 autres pays, on observe 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 majoritairement créationnistes (Algérie, Maroc, Liban, …).
Par exemple au Portugal, 82% des 111 enseignants biologistes et 46% des 239 non biologistes, 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 enseignants qui ont une formation de biologie. Ce
qui fait le lit du créationnisme. En effet, pour
les créationnistes fondamentalistes, les adaptations étonnantes observées chez les êtres vivants ne peuvent pas être le résultat du seul
"hasard aveugle", et ne peuvent "donc" être expliquées que par l'intervention d'un grand horloger, "le Créateur". Ils nous piégent dans l'alternative "ou le hasard aveugle", "ou le Créateur"5.
Or les biologistes n'affirment jamais que les
nouvelles espèces sont le produit du seul hasard, car ils connaissent le rôle essentiel de la
sélection naturelle, concept que Darwin a placé
au cœur des processus évolutifs. Mais les créationnistes passent totalement sous silence la
sélection naturelle pour piéger leurs interlocuteurs. 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 étudiants, souvent persuadés que la stabilisation
du dé sur le 6 sera plus probable après cinq lancers infructueux7. Gayon distingue trois significations courantes du mot hasard (chance, probabilité et contingence) et indique que la notion de hasard intervient à au moins cinq niveaux dans la théorie de l'évolution : mutations, 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'articulent 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 important dans les processus évolutifs8, sont particulièrement nombreuses dans certains contextes
environnementaux : elles n'en sont pas moins
aléatoires.
L'articulation entre hasard et diverses contraintes, est omniprésente dans les processus biolo-
1-Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche en Didactique et en Histoire des Sciences et des
Techniques (LIRDHIST)
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giques, aussi bien ontogénétiques que phylogénétiques9. 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 identifiables comme des feuilles de platane. Il en est de
même pour les trajets de neurones : chez des animaux qui ont le même génome, les branchements
dendritiques d'un neurone précis varient d'un individu 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 ensemble émergent qui présente des régularités morphologiques 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 comportements d'insectes sociaux : c'est par la combinaison de déplacements aléatoires et de propriétés
élémentaires que les fourmis mettent en œuvre
une stratégie alimentaire "intelligente", sans qu'aucune 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 neuronaux (elle s'effectue à 90% après la naissance) qui
est porteuse de nos performances. Cette épigenèse
cérébrale combine processus aléatoires du développement des neurones, contraintes locales et sélection de synapses en fonction de l'expérience de
chacun14.
L'articulation entre processus aléatoires et
contraintes sélectives est encore mal ou non enseignée. 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 hasard en biologie devient une priorité.
1 Entretien réalisé en novembre 2008 par P.Clément, F.
Estèves et J.P.Dramisino
3 BIOHEAD-CITIZEN : Biology, Health and Environmental Education for better Citizenship, CIT2-CT2004-506015 (2004-2008). Projet coordonné par
G.Carvalho, P.Clément & F.Bogner.
4 Les enseignants interrogés dans chaque pays correspondaient à des échantillons précis : 1/3 pour le Primaire, 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 interrogées 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'ensemble "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 (CDROM), 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 Découverte / Les Empêcheurs de penser en rond.
12 Clément P., 1994 - De la régulation à l'autoorganisation. in G.Rumelhard : La régulation en biologie. Approche didactique : représentation, conceptualisation, modélisation, Paris : Éd. I.N.R.P.
(Didactique des disciplines), p.7-24.
13 Théraulaz G. & Bonabeau E., 1995 - Coordination in Distributed Building. Science, 269, p.686688.
14 Changeux J.P., 1983 - L'homme neuronal. Paris :
Fayard, Le temps des sciences, p.275-330.
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 aujourd’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.
N°7 avril 2009 SNES, groupe SVT, 46, avenue d’Ivry, 75647, Paris Cedex 13
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