Qu’est-ce qu’un modèle ?

par Julien Cartier

Comme disait Saint-Augustin

Tenter de formuler une définition du modèle fait inévitablement songer à ce que Saint-Augustin disait du temps : « Qu’est-ce donc que le temps ? Si personne ne me le demande, je le sais ; si je cherche à l’expliquer à celui qui m’interroge, je ne le sais plus » (Confessions, Livre XI).

La difficulté de cette entreprise tient largement à la polysémie du mot lui-même, tant dans le champ scientifique que dans le langage courant, polysémie qu’illustre parfaitement la diversité des objets que l’on trouve affublés du qualificatif de modèle. Il existe ainsi une abondante littérature consacrée à ce travail de définition. Malheureusement, aucun consensus ne s’en dégage et ce court article n’a pas l’ambition de réussir la synthèse que tant de spécialistes recherchent en vain depuis environ 40 ans.

Néanmoins, on peut sans crainte de se tromper énoncer qu’une définition consensuelle doit être suffisamment vaste pour englober le plus grand nombre possible de cas singuliers. En effet, toute définition restrictive se trouve immédiatement confrontée à l’objection de cas particuliers qui bien que ne rentrant pas dans le cadre de la définition proposée peuvent être reconnus comme des modèles. Or, si le questionnement théorique autour du concept de modèle revêt un indéniable intérêt dans le domaine de la recherche, ce serait plutôt une source de problèmes ou de contrariétés pour le professeur davantage préoccupé par des considérations pédagogiques.

Après tout, l’enseignant ne se pose ce genre de question que dans le but légitime de connaître ce qu’il manipule et pour se montrer capable de répondre à l’éventuelle interrogation d’un élève ou d’un pair. Sitôt ces deux impératifs satisfaits il peut employer son temps à des questions autrement plus centrales à savoir : comment puis-je exploiter ce modèle dans mon cours et quelles précautions dois-je prendre pour que mes élèves en tirent profit ?

La définition qui va suivre vise donc à tracer un cadre théorique suffisamment large et englobant pour, finalement, s’autoriser à ne pas se plonger dans d’interminables questionnements.

Un modèle est une représentation

Un modèle est une représentation. Voilà une affirmation qu’il sera difficile de contredire, tant il est possible de représenter à peu près tout et n’importe quoi. Une représentation d’accord, mais de quoi ? De tout ou partie de ce que les scientifiques nomment une « théorie ».

Schématiquement, on peut convenir que chaque science se préoccupe des faits. La chute d’un corps, les variations de la glycémie, la formation d’amidon : lorsque l’on regarde le monde on se trouve confronté à des faits aussi nombreux qu’en apparence inexplicables. Ils sont comme les pièces disjointes d’un immense puzzle. Penser des rapports entre ces faits, des relations de causalité, des mises en équations, voilà en quoi consiste une théorie. Elle rassemble des pièces et par là même rend intelligible l’apparent chaos de la nature. Une théorie est une pensée intégrative des faits.

Les faits sont hors de nous tandis que la théorie, en tant qu’objet de pensée, réside en nous. Le modèle, lui, se situe à l’interface entre la théorie et les faits. Il constitue un moyen (parmi d’autres) de matérialiser la théorie, non pas au sens de rendre matérielle une pensée qui ne l’est pas, mais au sens de rendre appréhendable, communicable, explicable, une pensée qui se cache en nous. Le modèle est un moyen.

Et pas seulement un moyen tourné vers les autres, dans le but de leur communiquer ou de leur expliquer la théorie. Car le modèle permet aussi de réfléchir, d’interroger, sa propre pensée. C’est cette faculté du modèle, ce feed-back, qui en fait parfois un moyen de faire progresser la théorie elle-même. Par exemple, lorsque les climatologues élaborent un modèle climatique, c’est-à-dire une planète virtuelle dans laquelle ils incrémentent toutes les lois naturelles tenues pour vraies, et que cette simulation prédit des événements inattendus, ils peuvent ensuite aller rechercher des faits confirmant ou infirmant les prédictions du modèle. Du reste, la scientificité d’un modèle impose de le tester en le confrontant aux faits dont nous disposons.

Ainsi, loin d’être une pure abstraction, ou un artifice détaché du réel, le modèle se construit à partir de faits et s’enrichie par des allers-retours permanents entre la pensée et le réel.

On l’aura compris, le principal avantage de cette définition c’est qu’elle permet de classer comme modèle une multitude d’objets : les simulations numériques, les dispositifs analogiques comme un aquarium où l’on fait circuler de la fumée, mais aussi les schémas, les maquettes, ou encore les formules mathématiques. Même une carte de géographie est un modèle dès lors qu’elle repose inévitablement sur l’exploitation de connaissances théoriques afin d’interpréter les faits observés.

Et la liste ne s’arrête pas là. Par exemple, ne dit-on pas parfois d’un élève qu’il est un « modèle » ? Loin d’être un abus de langage, ce jugement repose sur la manière dont nous théorisons ce que doit être un bon élève. Dire d’un élève qu’il est un « modèle » c’est d’abord reconnaître en lui des critères que nous avons préalablement définis en nous. On procède de la même façon lorsque l’on affecte à un individu ou à une espèce la capacité de représenter le comportement (au sens large) d’individus ou d’espèces différents. C’est ainsi que les laboratoires expérimentent sur des organismes modèles (souris, drosophile, poisson zèbre, Arabidopsis thaliana, etc.) afin d’en tirer des lois générales. Et c’est également ainsi que le découvreur d’une nouvelle espèce choisit un individu qu’il juge suffisamment représentatif de ses congénères pour en faire un « type », lequel sera ensuite conservé au sein d’un muséum d’histoire naturelle.

Enfin, une expérience aussi peut être qualifiée de modèle dans la mesure où elle s’appuie sur des connaissances théoriques pour créer des conditions artificielles de productions de faits. Lorsque l’on regarde une expérience c’est bien une « mise en scène » de la théorie que l’on observe.

La place de l’intention

Néanmoins, si tout modèle est une représentation, toute représentation n’est pas un modèle. En particulier, une représentation qui se donnerait pour but de reproduire un fait et non l’articulation logique entre plusieurs faits, celle-ci ne serait pas un modèle. C’est le cas d’un dessin d’observation ou d’un graphique rapportant des mesures.

Bien sûr, aucun dessin, aussi rigoureux soit-il, ne peut totalement s’affranchir de nos connaissances lesquelles affectent de façon plus ou moins marquée l’image que nous réalisons. Plusieurs illustrations de ce biais perceptif figurent dans le célèbre ouvrage L’art et l’illusion (éd. Phaidon, 2002) du grand spécialiste de l’art Ernst Gombrich. Lorsque je dessine, lorsque je cadre une photographie, je projette inévitablement mes conceptions du monde sur ma production, aussi pourrais-je penser que même un dessin d’observation ou une empreinte photographique sont en quelque sorte des modèles. Cependant, si ces représentations peuvent donner à voir certains pans des théories que je renferme, telle n’est pas leur fonction.

Il en va de même d’un stylo ou d’une voiture. Si chaque production humaine manifeste nos théories sur les phénomènes naturels, chaque production humaine n’est pas un modèle. En ce domaine, comme dans d’autres, c’est l’intention qui compte, de sorte que le caractère involontaire, voire inconscient, des traces que laissent nos théories sur chacune de nos œuvres ne suffit pas à définir une modélisation.

Modéliser

Modéliser c’est concevoir un modèle. Sur ce point il convient de ne pas confondre la conception d’un modèle et sa manipulation ou sa construction. Ainsi, lorsque je construis une maquette, je manipule certes un modèle mais je ne le conçois pas et ce faisant les idées qu’il renferme peuvent m’échapper. C’est le même problème que posent bien des schémas que les élèves apprennent par cœur à reproduire mais sans avoir saisis les connaissances qu’ils représentent.

En ce sens les idées que le concepteur place dans son modèle ne sont pas systématiquement accessibles aux autres, soit que ces derniers ne les perçoivent pas, soit qu’ils ne les comprennent pas. Il suffit pour s’en convaincre de considérer une formule mathématique qui nous soit étrangère.

De surcroît, le modèle peut aussi se faire le réceptacle des « idées fausses » de son utilisateur. Lorsqu’un enseignant sélectionne un schéma pour le montrer à ses élèves il s’inquiète généralement que ces derniers puissent ne pas y voir ce qu’il juge important. Mais, s’il est bien évidemment possible de ne pas voir tout ce que renferme une image, on peut aussi y voir plus que ce qu’elle ne montre. J’ai souvenir d’une case de la bande-dessinée Calvin & Hobbes de Bill Watterson dans laquelle un personnage se cache derrière une barre noire verticale dont la partie haute n’est pas visible car elle « sort » de la case. Tout le monde reconnaît dans cette barre la représentation d’un tronc d’arbre, ce qui implique nécessairement d’imaginer la partie hors-champ, branches et feuilles qui donnent son sens à cette interprétation. Gardons à l’esprit qu’il en va vraisemblablement de même pour de nombreux modèles dans lesquels l’élève, parce qu’il n’en est pas le concepteur, projette ses propres conceptions.

N’oublions pas également que bien des modèles assument de donner une image déformée de la réalité. C’est notamment le cas des modèles qui ne respectent pas les données spatiales ou temporelles. Quand, par exemple, on comprime des couches de farine pour modéliser les déformations tectoniques compressives liées à la collision, ni la taille, ni la durée, ni la nature des matériaux ne sont respectées.

Enfin, la plupart des modèles ne représente qu’une partie d’une théorie. Cette simplification est volontaire. Sans elle, la modélisation aboutirait à une telle somme de connaissances qu’elle en deviendrait inexploitable. J’ai coutume de comparer ce travail à celui d’un dessinateur de presse. Lorsque ce dernier représente un sujet, il se voit contraint de simplifier sa physionomie. Ce faisant, il abandonne consciemment de nombreux caractères mais, dans un même mouvement, en met d’autres en exergue. De la même façon, il n’est pas indispensable de figurer des centaines de nucléotides pour faire comprendre à quelqu’un la nature du langage génétique. Certes, on sacrifie alors plusieurs informations (taille de la séquence, nature moléculaire, etc.), mais si à chaque représentation de l’ADN on s’attachait à mentionner graphiquement, sa taille, sa structure, sa couleur, sa localisation nucléaire, ses interactions avec l’environnement cellulaire, et toutes les autres connaissances dont on dispose à son sujet, il faudrait des heures et des pages entières pour un résultat aussi inopérant sur le plan fonctionnel qu’inexploitable sur le plan notionnel. On doit donc accepter que la relative pauvreté d’un modèle est consubstantielle de son opérabilité.

Des outils remarquables

La diversité des modèles, pas plus que les problèmes pédagogiques qu’ils peuvent parfois poser, ne doivent occulter leur profond intérêt pour l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre. Ce sont des outils et comme chaque outil leur utilisation requiert de prendre certaines précautions. Mais, l’on doit surtout veiller à ce que l’élève ne confonde pas le modèle avec la réalité (les faits), ou avec des vérités absolues offertes par le professeur. Le modèle ne contient pas le vrai, il ne fait que représenter la manière dont la Science s’en approche.

Les événements une seule fois se produisent
Dans le cadre unique de l’espace et du temps […]
Mais dans le champ nouveau où leur action s’engage
L’unicité va définir le type,
Et toute encore particulière
Devient la formule algébrique,
Un modèle abstrait d’événements,
Procédant d’expériences mortes,
Et l’être vivant, doit alors décider
A quoi et comment la formule s’applique.

Wystan Hugh Auden, The new year Letter, 1940

Bibliographie

Problèmes, modélisations et modèles dans l’enseignement et l’apprentissage des sciences de la nature à dimension historique : le cas des sciences de la vie et de la Terre, Denise Orange Ravachol, in Tréma n°45, 2016

Les modèles et la modélisation vus par des enseignants de sciences et de technologies du secondaire au Québec, Patrick Roy et Abdelkrim Hasni, in McGill Journal of Education, 2014

Qu’est-ce qu’un modèle scientifique ? Des caractéristiques du modèle qui importent du point de vue de l’enseignement intégré de science et de technologies. Lena Soler, in Spirale n°52, 2013

Réalité et virtualité dans l’enseignement des sciences de la vie et de la Terre, Béatrice Desbeaux-Salviat et Dominique Rojat, in Aster n°43, 2006

Modélisation : une approche épistémologique, Gérard Sensevy et Jérôme Santiini, in Aster n°43, 2006

Le modèle en question, Anne-Marie Drouin, in Aster n°7, 1988

Statut et rôle des modèles dans le travail scientifique et dans l’enseignement de la biologie, Guy Rumelhard, in Aster n°7, 1988

Qu’est-ce qu’un modèle ? Jean-Luc Le Moigne, in Confrontations psychiatriques, 1987

Métaphores, modèles et analogies dans les sciences, Jean Molino, in Langages n°54, 1979