Formaliser le vivant : Lois, théories, modèles ?

Paris, Hermann, "Visions des Sciences", 389 pages, 16 x 21 cm, ISBN: 9782705670894, 34 euros.

Collection "Visions des sciences" dirigée par Joseph Kouneiher et Giuseppe Longo

4ème de COUVERTURE


Peut-on formaliser le vivant ? Peut-on réduire une plante à une simple formule mathématique ? Goethe ne l’aurait pas admis. Pour beaucoup encore, cette question ne se pose même pas tant elle peut sembler provocante et contre-nature.

Dans une perspective à la fois historique et épistémologique, ce livre rend compte de travaux contemporains qui ont pourtant tous tenté de braver cet interdit. C’est en grande partie sur ce terrain, hautement problématique, que, dans les premières décennies du XXe siècle, on voit naître puis s’épanouir la pratique des modèles mathématiques appliquée aux sciences végétales. On voit en particulier que ces pratiques nouvelles de modélisation entrent en concurrence avec une tradition ancienne de théorisation mathématique des formes du vivant. C’est même devant les limites des essais théoriques récurrents que le tournant formel des modèles se confirme et permet des avancées incontestables. À l’heure où toutes les sciences à objets complexes parlent beaucoup de modèles et moins de théories , est-ce le signe d’une victoire de la "modélisation" au détriment de la "théorie" ? Cette victoire est-elle définitive ? Cela a-t-il toujours un sens de les opposer ? Et qu’en est-il des « lois » ?
En proposant une analyse des travaux mais aussi des positions épistémologiques de certains scientifiques impliqués, en explicitant le sens de ce qui les rapproche, de ce qui les distingue ou les oppose, cet ouvrage montre que l’émergence, l’expansion puis la diversification des pratiques de modélisation formelle du vivant ont contribué, sur le terrain scientifique lui-même, à bousculer les rapports épistémologiques traditionnels entre théories, lois et modèles tels qu’ils nous ont été légués par la physique.

Extraits de l'ouvrage : excerpts.numilog.com/books/9782705670894.pdf

Compte rendu par Francis Laloë (IRD) dansNatures Sciences Sociétés, Volume 20, Numéro 2, avril-juin 2012, pp. 248-250: www.nss-journal.org/index.php

Extrait du compte-rendu (conclusion, ibid., p. 250) :

"Cet ouvrage est passionnant et assez accessible. Il est riche de très nombreux exemples, sans s’éloigner trop du domaine de la morphologie des plantes. Il est rappelé par ailleurs à différents endroits, par exemple dans la dernière page avec une référence au Réseau national des systèmes complexes (RNSC), que la réflexion proposée ici peut être utile en sciences de la vie et en sciences sociales. Il reste de la place pour des réflexions et des enquêtes de ce type abordant le domaine plus général couvert par ces sciences."

Ouvrage disponible :

Sur papier :

www.editions-hermann.fr/ficheproduit.php

www.decitre.fr/livres/Formaliser-le-vivant.aspx/9782705670894

www.amazon.fr/Formaliser-vivant-Lois-th%C3%A9ories-mod%C3%A8les/dp/2705670890/ref=sr_1_3

En Ebook (PDF) :

www.numilog.com/282519/Formaliser-le-vivant---Lois--Theories--Modeles--.ebook

Présentation par l'auteur

S'appuyant sur une adaptation des deux premières parties de mon mémoire de thèse, cet ouvrage porte sur certains modes de formalisation du vivant entre les années 1910 et 1970. En particulier, il présente et analyse les techniques formelles, les épistémologies appliquées des acteurs ainsi que les alternatives techniques et épistémologiques qui étaient en présence avant que n'intervienne le « tournant » computationnel, tournant dont j'ai déjà rapporté certains des aspects principaux dans le livre précédent Du modèle à la simulation informatique. Il interroge et met en valeur les divergences épistémologiques entre biologie quantitative de terrain et biologie quantitative théorique. Il se termine sur un épilogue qui tente de mettre en perspective les différentes approches de la biologie théorique formelle plus contemporaine au regard des leçons - ou suggestions - que peut nous aider à formuler ce pan d'histoire.

TABLE DES MATIERES SYNTHETIQUE

Introduction générale

I- Des lois aux modèles

II- Résistances des théories aux modèles

III- Naissance des simulations

IV- Tournant mathématiste des théories

V- Extension et diversification des modèles

Conclusion - multiplication des types et des fonctions des formalismes

Epilogue - perspectives pour la biologie théorique: des théories aux concepts ?

Bibliographie

Index des matières

Index des auteurs

Extrait de l'introduction :

Il est souvent affirmé que la pratique des modèles est aussi ancienne que la science et que l’époque contemporaine n’est nullement une exception à cet égard : le modèle ne serait ainsi au mieux qu’un essai, approché, de théorie. Ou bien il ne serait qu’une représentation analogique partielle et simplificatrice servant à la prédiction ou encore au calcul, comme les pratiques très anciennes des ingénieurs peuvent déjà en montrer l’exemple.

Pour éviter le nivellement historique sur cette question, et pour prendre la mesure de la tension épistémologique inédite puis réitérée que l’introduction puis l’essor des modèles formels ont historiquement occasionnée au 20ème siècle, il faut d’abord se mettre d’accord sur un caractère particulier de ce que l’on appelle aujourd’hui communément « modèles », au-delà de la diversité, incontestable, de leurs formes et de leurs usages : il s’agit essentiellement de modèles formels, qu’ils soient de nature mathématique, logique ou informatique. On le sait : le recours au terme de modèle pour désigner non plus seulement une maquette en format réduit mais tout type de construit formel servant à faciliter tantôt une représentation, un calcul, une expérimentation, voire la communication entre chercheurs, vient en grande partie de l’essor antérieur des modèles analogiques puis formels dans la physique de la fin du 19ème siècle.

Rappeler ce fait connu ne suffit pas : il est crucial de comprendre aussi qu’en devenant des construits formels, les modèles ont d’une part facilité leur diffusion dans l’ensemble des sciences. Mais ils ont d’autre part semblé brutalement adopter la même forme, voire le même langage que les lois ou que les théories. De cette apparente communauté de nature, il a résulté une concurrence inédite et intense entre ces différents moyens épistémiques de formalisation, en particulier dans les situations où ces moyens (lois, théories, modèles) étaient appliqués à des phénomènes particulièrement complexes, comme les phénomènes du vivant. En physique théorique, cette concurrence, qui a d’abord été l’objet de vives controverses, pourra en revanche être assez vite neutralisée : les fonctions des théories et des modèles pourront finalement y paraître complémentaires. À partir des années 1930, les querelles épistémologiques entre modélistes anglo-saxons et anti-modélistes continentaux sembleront ainsi dépassées. L’émergence de la théorie mathématique des modèles servira notamment à confirmer théoriquement l’intérêt du recours aux modèles formels en physique. Mais, dans les domaines où les théories manquent ou sont contestées, le statut des modèles formels persiste à côtoyer dangereusement celui des lois ou des théories.

C’est la raison pour laquelle, en particulier dans les sciences à phénomènes complexes, multifactoriels et enchevêtrés, le tournant formel des modèles du début du 20ème siècle a continué à occasionner durablement une réorganisation des rapports entre lois, théories et modèles. Ce fait historique a souvent été inaperçu ou sous-estimé.

TABLE DES MATIERES DETAILLEE

Introduction générale 13

I. Des lois aux modèles 23

Chapitre 1 ­— La mathématisation des formes

du vivant, une curiosité 25

1. Morphologie et phyllotaxie géométrique 26

2. La géométrie spirale : une description précise

mais sans explication ni application 28

Chapitre 2 — Une critique des mathématisations :

les « hélices foliaires » de L. Plantefol 33

Chapitre 3 — Statistique et « loi mathématique

hypothétique » chez R.A. Fisher (1921-1922) 39

1. La signification de la mathématisation

chez R. A. Fisher : condenser l’information 40

2. Infini hypothétique et modèle statistique :

notion d’information et déracinement 45

3. Le rôle d’un infini hypothétique dans

le modèle statistique 48

4. La discrimination des causes 53

5. Précision de l’indéterminisme : critique

des formules mathématiques générales (1921) 55

Chapitre 4 — La loi d’allométrie de J. Huxley et G. Teissier :

de la mesure absolue à la mesure relative 63

1. Le problème des interprétations chimiques et

métaboliques de la croissance 65

2. Sur les interprétations métaboliques :

Bertalanffy (1932) 71

3. Mathématiser l’élémentaire avant le complexe :

J. Monod et G. Teissier (1935) 74

4. Signification épistémologique du passage à

l’allométrie : dialectique de la nature

et déracinement 77

5. Prenant et Teissier : un physiologisme dialectique 83

Bilan — Modèle, hasard et déracinement

des formalismes 89

II. Résistance des théories

aux modèles 93

Chapitre 5 — La bio-mécanique

de d’Arcy Thompson (1917-1942) 97

Chapitre 6 — La bio-hydraulique

de C. D. Murray (1926-1930) 107

Chapitre 7 — La biophysique

de N. Rashevsky (1931-1954) 113

1. De la « biologie physique » de Lotka

à la forme de la cellule 114

2. Forme et mécanisme de division de la cellule 116

3. Physicalisme unitaire et convergence

avec le « positivisme logique » de Carnap 117

4. Morphogenèse des métazoaires et épistémologie

des « principes formels » 120

5. Application à la forme des animaux

puis des plantes 124

Chapitre 8 — La biophysique d’ingénieur

de D. L. Cohn (1954) 129

Chapitre 9 — L’axiomatique du vivant

de J.H Woodger (1937) 135

1. Philosophie et embryologie : l’épistémologie

de Joseph Henry Woodger 135

2. La « méthode axiomatique » en biologie (1937) 141

3. Un système axiomatique pour la biologie :

le système (P, T, org, U,...) 142

4. Impact sur l’embryologie : augmentation

de la complexité sans recours au vitalisme 143

Bilan — Physicalisme et axiomatisme, deux stratégies

de résistance aux modèles 151

1. Statuts des divers formalismes

avant l’ordinateur 153

2. Bilan général de la première époque,

dite du déracinement des formalismes 158

III. Naissance des simulations 163

Chapitre 10 — Essor des modèles dans l’après-guerre 167

Chapitre 11 — La simulation comme calcul numérique :

A. M. Turing (1952) 171

1. Le modèle chimico-mathématique 173

2. L’influence de l’embryologie chimique 175

3. La modélisation mathématique et le rôle

du calculateur numérique selon Turing 178

4. Réception de l’article de Turing en embryologie 181

Chapitre 12 — La simulation comme computation

spatialisée : S. Ulam (1962) 185

1. Modélisation et genèse logique sans

morphogenèse chez von Neumann 187

2. La réduction des mathématiques

à une visualisation combinatoire chez Ulam 188

3. Quand le calculateur numérique est analogique,

il simule 194

4. Des « systèmes de réaction binaire » au modèle

de ramification végétale 198

Chapitre 13 — La simulation comme génératrice

de formes au hasard : M. Eden (1960) 205

1. Lettres, mots, cellules et formes 205

2. Un stochasticisme biologique 211

Bilan — Statut théorique des premières simulations 213

IV. Tournant mathématiste

des théories 219

Chapitre 14 — La biotopologie du second

Rashevsky (1954-1972) 223

1. Fonction mathématique et fonction biologique :

la « biotopologie » ensembliste 227

2. « Organisme primordial » et

« propositions existentielles » 229

3. « Tranches » et « propriétés » du vivant :

Woodger et le second Rashevsky 230

4. Une conséquence : l’oubli de la forme 233

Chapitre 15 — La biologie relationnelle

de Robert Rosen (1958) 235

1. Re-spatialiser le formel : des « propriétés »

aux « composants » 236

2. Application de la « théorie des catégories »

à la représentation des systèmes biologiques 238

3. Érosion de la résistance aux modèles

et reconnaissance des modèles mathématiques 243

Chapitre 16 — Thermodynamique et topologie

différentielle des formes 249

1. Arbres fluviaux et arbres botaniques (1945-1971) 249

2. « Entropie généralisée » et phyllotaxie

(1969-1973) 253

3. Reconnaissance difficile de la dispersion

des « modèles théoriques » 258

4. Une topologie de la morphogenèse en France :

Thom et le modèle-paradigme (1968-1972) 260

5. Structuration et institutionnalisation

de la biologie théorique en France 1975-1981 266

Bilan — Biophysique, biologie mathématique

et phyllotaxie théorique devant l’ordinateur 269

V. Extension et diversification

des modèles : le cas de l’école

française de modélisation 271

Chapitre 17 — La rencontre entre biométrie

et modèles de la biophysique 277

1. Interdisciplinarité et indiscipline : le parcours

de formation de J.-M. Legay (1947-1955) 277

2. De Rashevsky à Legay : graphes

et ramifications (1968) 281

3. La biocybernétique et ce qu’en retient Legay :

tout est lié (1967-1971) 285

4. Le groupe « Méthodologie » de la DGRST :

une rencontre avec l’écologie 286

Chapitre 18 — Le rôle spécifique de la philosophie

française néo-marxiste 291

1. L’accusation d’idéalisme 291

2. Informatique et Biosphère et la « Méthode

des modèles » 296

3. Conséquence de cette épistémologie

pour la simulation sur ordinateur 304

4. La ramification du gui : un modèle

pour l’épistémologie des modèles 306

Bilan — Le modèle unique n’existe pas 313

Conclusion — Multiplication des types

et des fonctions des formalismes 317

Epilogue — Perspective pour la biologie

théorique : des théories aux concepts ? 333

1. Une certaine continuité épistémologique 336

2. S’émanciper des horizons formels

classiques 341

Bibliographie 353

Index des matières 379

Index des auteurs 383