Le progrès scientifique est souvent assimilé à de nouvelles découvertes, mais le chercheur et inventeur Lee Lorenzen soutient qu'une forme de progrès tout aussi importante se produit lorsque les scientifiques disposent de meilleurs moyens de mesurer des phénomènes qu'ils étudient depuis des années. Lorenzen, fondateur et PDG de Cluster Solutions, a passé des décennies à étudier la structure de l'eau et les systèmes biologiques, et il est convaincu que les avancées en matière de mesure peuvent transformer des questions non résolues en problèmes de recherche testables.
La perspective de Lorenzen s'enracine dans une carrière commencée dans la biologie et la pharmacologie dans les années 1970, avant de s'orienter vers le conseil biomédical et la recherche indépendante. Cette longue chronologie lui a donné une expérience directe d'un défi scientifique courant : les chercheurs peuvent observer quelque chose d'intéressant avant de disposer des instruments ou des méthodes nécessaires pour l'étudier correctement. « Au début de mes recherches, certaines observations soulevaient des questions, mais les méthodes de mesure disponibles à l'époque ne pouvaient nous mener que jusqu'à un certain point », explique Lorenzen. « Lorsque de meilleures méthodes sont apparues plus tard, j'ai pu revenir à ces observations et poser des questions beaucoup plus précises. »
De meilleurs instruments ne se contentent pas d'améliorer la précision ; ils changent ce que les chercheurs peuvent étudier. La biologie moderne en offre un exemple clair. Les progrès en microscopie, spectroscopie, analyse moléculaire, imagerie et modélisation computationnelle ont permis aux chercheurs d'examiner les structures et processus biologiques à des échelles de plus en plus petites. La cryo-microscopie électronique est devenue particulièrement importante pour la biologie structurale, permettant l'étude des molécules biologiques à une résolution extrêmement élevée. Cette technique a été suffisamment significative pour que Jacques Dubochet, Joachim Frank et Richard Henderson reçoivent le prix Nobel de chimie 2017 pour avoir développé la méthode de détermination de la structure à haute résolution des biomolécules en solution.
Pour les chercheurs ayant des carrières de plusieurs décennies, de telles améliorations peuvent donner une seconde vie à d'anciennes questions scientifiques. « Une question peut rester intéressante même lorsque la première méthode que vous utilisez ne peut pas y répondre », dit Lorenzen. « J'ai appris à conserver des traces de ce que nous observions, des conditions présentes et de ce que nous ne pouvions pas expliquer. Des années plus tard, une autre méthode peut vous donner une raison de regarder à nouveau. »
Lorenzen souligne que revisiter une observation est différent de tenter de prouver qu'une ancienne interprétation est correcte. Une meilleure mesure peut confirmer une idée antérieure, mais elle peut aussi l'affaiblir, révéler une autre explication, ou montrer que l'observation originale dépendait d'une variable que les chercheurs avaient négligée. « L'erreur serait de revenir à une ancienne expérience en étant déterminé à obtenir la réponse que vous vouliez il y a trente ans », dit Lorenzen. « Vous y retournez parce que vous pouvez mieux mesurer maintenant. Si la nouvelle mesure change votre explication, vous devez être prêt à changer avec elle. »
Les recherches de Lorenzen ont porté sur des questions entourant la structure de l'eau, le comportement moléculaire et l'hydratation cellulaire. Il détient les brevets américains 5 711 950 et 6 033 678 liés à la technologie de l'eau structurée. Son expérience a renforcé l'importance de préserver des dossiers de recherche détaillés, car un résultat inexpliqué devient difficile à revisiter si les chercheurs ne peuvent pas reconstituer l'expérience originale.
De meilleurs instruments ne suffisent pas à eux seuls à trancher une question scientifique. Les chercheurs ont toujours besoin de témoins, de protocoles clairs, d'expériences reproductibles et de tests indépendants. Une plus grande sensibilité de mesure peut même introduire de nouveaux défis, car les chercheurs peuvent détecter des différences statistiquement mesurables mais dont la signification pratique reste incertaine. Pour Lorenzen, cela rend la réplication particulièrement importante. « Si un nouvel instrument montre quelque chose d'intéressant, je ne pense pas que l'étape suivante consiste à annoncer que la question est réglée », dit-il. « Refaites-le. Changez les conditions. Comparez avec une autre méthode. Donnez à un autre chercheur suffisamment d'informations pour voir s'il peut le retrouver aussi. »
Cette approche peut aider les scientifiques à distinguer une anomalie intéressante d'un résultat fiable. Une mesure qui apparaît une fois peut mériter une investigation, mais un résultat qui apparaît de manière répétée dans des conditions contrôlées fournit une base plus solide pour des recherches ultérieures, et une reproduction indépendante peut renforcer encore cette base.
Lorenzen estime que les chercheurs n'ont pas besoin de prédire le prochain grand instrument scientifique pour en bénéficier. Ils peuvent se préparer en améliorant leur façon de travailler dès maintenant. Cela signifie tenir des registres détaillés des conditions expérimentales plutôt que de ne conserver que les résultats réussis, documenter les observations inhabituelles, préserver les mesures brutes lorsque c'est approprié, enregistrer les modifications de protocoles et séparer clairement ce qu'une expérience a montré de ce que l'on croit qu'elle signifie. Ils devraient également revisiter périodiquement les questions non résolues. « Parfois, ce qui est utile dans un vieux carnet n'est pas l'expérience qui a fonctionné », dit Lorenzen. « C'est le résultat que vous ne pouviez pas expliquer. Si les outils ont changé depuis, ce résultat mérite peut-être un nouveau test. »
La collaboration interdisciplinaire peut également aider. Un chercheur formé en biologie peut ne pas reconnaître immédiatement qu'une technique développée en chimie, en physique, en géologie ou en science des matériaux pourrait offrir une meilleure façon d'examiner un problème existant. Les leaders scientifiques peuvent encourager les équipes à regarder au-delà des instruments traditionnellement associés à leurs propres spécialités.
L'histoire des sciences est remplie d'avancées devenues possibles parce que les chercheurs ont acquis la capacité d'observer quelque chose plus clairement. Le microscope a ouvert un monde biologique invisible. Les rayons X ont révélé des structures internes sans chirurgie. La microscopie électronique a repoussé l'observation à des échelles beaucoup plus petites. Les techniques moléculaires modernes continuent d'étendre ce que les chercheurs peuvent mesurer. Chaque amélioration fait plus qu'ajouter des détails ; elle peut changer la question.
Pour les chercheurs qui ont passé des décennies à étudier un sujet, cette possibilité crée un avantage inhabituel. Ils peuvent avoir des années d'observations à reconsidérer à mesure que de nouvelles méthodes émergent. Lorenzen estime que la leçon pour les jeunes scientifiques est d'éviter de supposer qu'une question n'a pas de réponse simplement parce que les outils d'aujourd'hui ne peuvent pas en fournir une. « Documentez ce que vous voyez et soyez précis sur ce que vous ne savez pas », dit-il. « La science change lorsque la mesure s'améliore. Une question difficile à tester aujourd'hui peut devenir un problème de recherche très différent dans dix ans. »
De meilleurs instruments scientifiques continueront de produire des mesures plus précises. Leur plus grande valeur pourrait être quelque chose de moins évident : donner aux chercheurs la permission de poser des questions que les générations précédentes ne pouvaient pas réellement tester.
