La méthode scientifique est un cadre de techniques et de questions que les scientifiques utilisent pour étudier des phénomènes dans le but de rendre les découvertes scientifiques simples et reproductibles. Il a été vaguement observé par des expérimentateurs dès le 4ème siècle avant JC, mais la première méthode scientifique correctement formalisée a été inventée pendant la Renaissance européenne. C’est là que des personnes à l’avant-garde de la science comme Francis Bacon, Galilée et Isaac Newton ont commencé à mettre en pratique les règles que nous utilisons aujourd’hui pour mener des expériences.
Typiquement, la première étape de la méthode scientifique consiste à formuler une question, généralement après l’observation d’un phénomène. Par exemple, disons que vous avez élevé des chenilles et que vous avez remarqué que certaines mettent plus de temps que d’autres à arriver à la nymphose. Et vous vous demandez si les chenilles se développent à des rythmes différents en fonction de la température ?
C’est là qu’intervient la deuxième partie de la méthode scientifique, l’hypothèse. Une hypothèse est une explication incertaine de la raison pour laquelle nous observons ce que nous observons, et il en existe deux types principaux. La première est l’hypothèse expérimentale ou alternative, et elle implique qu’il y aura une relation entre les variables étudiées, la température et le développement de la chenille, dans ce cas. Ainsi, notre hypothèse expérimentale pourrait être que les chenilles mettront plus de temps à passer de l'œuf à la nymphose si elles sont élevées à des températures plus froides. De manière cruciale, une bonne hypothèse sera testable. Pour nos chenilles, nous pouvons changer la température, et enregistrer le temps qu’il leur faut pour passer de l’œuf à la nymphe, et falsifiable. Donc, s’il faut à peu près le même temps pour que les chenilles se développent, quelle que soit la température, alors nous pouvons accepter que l’hypothèse était probablement fausse. Le deuxième type d’hypothèse est l’hypothèse nulle. Cela suppose généralement qu'il n'y aura pas de changement ou de différence significative observé au cours de l'expérience. Dans notre exemple de chenille, nous dirions que les chenilles se développeront au même rythme dans chaque condition de température.
Une fois que nous avons nos hypothèses, la troisième étape de la méthode scientifique couvre l’expérimentation et la collecte de données. Dans une expérience typique, il y aura deux types de variables. La variable indépendante est quelque chose de directement manipulé par l’expérimentateur. Ainsi, avec nos chenilles, nous modifions la variable indépendante lorsque nous changeons la température. La variable dépendante, également appelée variable de réponse, doit être affectée par l’état de la variable indépendante. Ainsi, lorsque nous exposons nos chenilles à des températures différentes, la réponse, la variable dépendante, est la vitesse à laquelle elles se développent.
Il existe également deux principaux types de données qui pourraient être collectées pour étayer ou infirmer les hypothèses. La première est les données qualitatives, qui font généralement référence à des observations descriptives faites avec les sens, voir, toucher, entendre, sentir ou même goûter. Dans notre expérience, nous pourrions noter que les chenilles semblent se déplacer et manger beaucoup dans des conditions de température normales, par rapport aux conditions plus froides. Contrairement aux données qualitatives, les données quantitatives peuvent être mesurées et écrites sous forme de chiffres. Ainsi, lorsque nous comptons le nombre d’heures qu’il faut à la chenille entre l’éclosion et la nymphose, cela nous donne un chiffre définitif. Dans la mesure du possible, il est presque important d'avoir une condition de contrôle dans toute expérience où nous manipulons les variables indépendantes. Dans notre expérience sur les chenilles, nous pouvons faire pousser les chenilles à une température ambiante standard de 21 degrés en tant que contrôle, car cela démontre ce qui se passe lorsque les chenilles se développent dans des conditions normales par rapport aux paramètres expérimentaux.
Dans les expériences d’observation, un contrôle peut ne pas être nécessaire ou même possible. Par exemple, imaginez que nos chenilles sont maintenant des papillons adultes, se nourrissant de nectar dans un jardin de fleurs. Dans notre hypothèse expérimentale, nous suggérons qu’ils préfèrent se nourrir des grandes fleurs roses, tandis que notre hypothèse nulle suggère qu’ils n’ont pas de préférence et visiteront les fleurs au hasard. Dans ce cas, le simple fait d’observer et d’enregistrer le nombre de fois que les papillons visitent chaque type de fleur fournira suffisamment de données pour confirmer ou infirmer nos hypothèses sans avoir besoin de manipuler des variables ou d’avoir besoin d’un contrôle.
Une fois les données collectées, l’étape suivante consiste à comprendre ce que tout cela signifie. Les scientifiques compareront les prédictions de leurs deux hypothèses pour déterminer s’ils peuvent rejeter l’hypothèse nulle. Cela peut être fait en comparant les valeurs de la variable dépendante dans le contrôle par rapport aux conditions expérimentales. S’ils ne sont pas égaux, l’hypothèse nulle peut être rejetée. Si les données recueillies soutiennent une hypothèse, comme les chenilles ont mis beaucoup plus d’heures pour passer de l’œuf à la chrysalide lorsqu’elles sont gardées dans un climat plus frais, cela donne plus de crédibilité à l’hypothèse expérimentale, mais surtout, cela n’indique pas que l’hypothèse est définitivement vraie, car les expériences futures peuvent révéler de nouvelles informations.
La dernière partie de la méthode scientifique est celle où nous tirons des conclusions et discutons de ce que nos résultats pourraient signifier. Ici, les scientifiques peuvent se référer à d’autres expériences ou à d’autres publications pour mettre leurs résultats en contexte, et trouver des explications sur les raisons pour lesquelles les résultats ont montré ce qu’ils ont fait. Par exemple, la conclusion pourrait être que les chenilles aiment pousser aux températures les plus proches de leur habitat naturel. Cela peut, à son tour, soulever de nouvelles questions, comme est-ce que d’autres espèces se nymphosent à des rythmes différents à des températures différentes ? Cela peut inspirer de nouvelles expériences, que nous pouvons tester en utilisant, vous l’avez deviné, la méthode scientifique.
