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Définition de : INSTRUMENT SCIENTIFIQUE

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Article publié par Encyclopaedia Universalis INSTRUMENT SCIENTIFIQUE L'expression « instrument scientifique », quoique fréquemment utilisée, est difficile à définir avec précision et concision. Elle renvoie, de façon générale, à la technologie des sciences, qui regroupe les outils matériels servant aux activités de la recherche, à l'enseignement des disciplines scientifiques et techniques, ainsi qu'à certaines activités professionnelles. Des instruments de l'Antiquité à la révolution industrielle Dès l'Antiquité, on utilise des instruments scientifiques pour de simples opérations d'arpentage (niveaux, appareils de visée), la détermination du temps (horloges solaires), le dessin (compas, rapporteurs, etc.) et les observations astronomiques (quadrants, sphères armillaires). Il s'agit alors essentiellement d'instruments dits « mathématiques ». L'astrolabe est certainement l'un des plus remarquables des instruments du Moyen Âge et de la Renaissance, ces derniers constituant parfois de véritables chefs- d'œuvre d'art décoratif. Objets plus ostentatoires qu'utilitaires, ils sont alors exposés dans des « cabinets de curiosité », côtoyant les pièces archéologiques, les œuvres d'arts, les minéraux et pierres précieuses, les animaux exotiques empaillés et autres merveilles. La révolution scientifique, qui s'opère à partir de la seconde moitié du e xvi siècle, transforme radicalement la façon de « faire la science », notamment en généralisant la méthode expérimentale.
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INSTRUMENT SCIENTIFIQUE

L'expression « instrument scientifique », quoique fréquemment utilisée, est difficile à définir avec précision et concision. Elle renvoie, de façon générale, à la technologie des sciences, qui regroupe les outils matériels servant aux activités de la recherche, à l'enseignement des disciplines scientifiques et techniques, ainsi qu'à certaines activités professionnelles.

Des instruments de l'Antiquité à la révolution industrielle

Dès l'Antiquité, on utilise des instruments scientifiques pour de simples opérations d'arpentage (niveaux, appareils de visée), la détermination du temps (horloges solaires), le dessin (compas, rapporteurs, etc.) et les observations astronomiques (quadrants, sphères armillaires). Il s'agit alors essentiellement d'instruments dits « mathématiques ». L'astrolabe est certainement l'un des plus remarquables des instruments du Moyen Âge et de la Renaissance, ces derniers constituant parfois de véritables chefs-d'œuvre d'art décoratif. Objets plus ostentatoires qu'utilitaires, ils sont alors exposés dans des « cabinets de curiosité », côtoyant les pièces archéologiques, les œuvres d'arts, les minéraux et pierres précieuses, les animaux exotiques empaillés et autres merveilles.

La révolution scientifique, qui s'opère à partir de la seconde moitié du xvie siècle, transforme radicalement la façon de « faire la science », notamment en généralisant la méthode expérimentale. L'observation directe de la nature et l'expérience deviennent les pierres angulaires sur lesquelles se bâtit la science moderne. Par exemple, les découvertes de Galilée, liées à l'utilisation de lunettes astronomiques (1609-1610), ont contribué à l'affirmation du système héliocentrique et renouvelé notre vision de l'Univers. Non seulement les lunettes et les microscopes permettent d'augmenter la portée de la vue et de sonder les profondeurs du micro- et du macrocosme, mais d'autres instruments, comme les thermomètres, permettent de mesurer des grandeurs qui, comme la température, étaient jusqu'alors estimées de façon purement subjective. D'autres instruments encore, comme les pompes à vide ou les machines électriques à frottement, permettent de créer des phénomènes rarement observés dans la nature. Tous ces outils « forcent » la nature à dévoiler ses secrets.

Les instruments de la philosophie naturelle (la physique) se multiplient au xviiie siècle. En Angleterre, en Hollande, en Allemagne et en France, des savants – qui sont aussi démonstrateurs, vulgarisateurs et, parfois, constructeurs d'appareils – proposent des traités dans lesquels la physique newtonienne est illustrée par une longue série d'expériences. C'est la grande époque des « cabinets scientifiques », qui organisent des soirées au cours desquelles sont réalisées, grâce aux instruments, de spectaculaires expériences d'électricité ou d'optique. La science devient un sujet de conversation à la mode et focalise la curiosité d'une société friande de nouveauté. Mais d'autres facteurs contribuent à développer l'utilisation des instruments. Les observations et les mesures effectuées dans les observatoires et obtenues grâce à des instruments de plus en plus sophistiqués, non seulement font progresser l'astronomie, mais répondent aussi aux besoins de la navigation et de la géodésie. Les voyages commerciaux, les explorations, la colonisation des terres lointaines nécessitent un nombre croissant d'instruments de navigation et d'arpentage.

Les instruments pour le monde contemporain

La révolution industrielle, qui débute en Angleterre vers 1750, permet une mécanisation de la production et une profonde transformation de l'organisation du travail.

Au xixe siècle, les instruments se multiplient dans les laboratoires – grâce aux progrès rapides de la physique, de l'électricité et de la chimie – et trouvent, parallèlement, d'innombrables applications dans l'industrie (mesure de la température des fours métallurgiques, détermination du pouvoir éclairant du gaz d'éclairage, contrôle de la qualité des produits alimentaires, etc.). La naissance de l'industrie électrique, vers 1870, crée une nouvelle génération d'instruments de mesure. Contrairement aux appareils de laboratoire, conçus pour être utilisés dans un environnement protégé et manipulés par des mains savantes, les appareils « industriels » doivent donner des indications directes, supporter les conditions difficiles présentes au sein des usines et pouvoir être manipulés par un personnel non spécialisé.

Le xixe siècle connaît aussi un prodigieux développement du système éducatif, qui devient accessible à une partie de plus en plus grande de la population. Écoles, lycées, universités, dont le nombre ne cesse de s'accroître, commencent à introduire dans leurs programmes des matières scientifiques et se dotent de collections d'instruments didactiques. Les instruments scientifiques font aussi leur apparition dans les sciences de la vie et de l'homme. L'utilisation systématique des microscopes permet d'énormes progrès en médecine et en biologie, et donne naissance à la bactériologie. L'anthropométrie, avec de nouveaux appareils de mesure, tente de classifier les êtres humains en fonction de leurs caractéristiques morphologiques, tandis que la psychologie expérimentale essaie d'étudier les mécanismes des sensations et des réactions humaines avec les outils dérivés de la physique expérimentale. Certains instruments nés dans les laboratoires vers la fin du xixe siècle (le téléphone, le phonographe, la télégraphie sans fil ou T.S.F., etc.) se perfectionnent et deviennent des appareils d'usage courant qui contribueront à modifier radicalement la société.

Au xxe siècle, la technologie des instruments subit de profondes transformations. Les lampes électroniques, qui permettent de produire, de détecter et d'amplifier des signaux électriques, sont d'abord utilisées dans la T.S.F. et entrent ensuite dans la construction des premiers instruments électroniques de mesure. Aux États-Unis, de grands projets de physique nucléaire pour la construction des premiers accélérateurs (années 1930) puis pour la réalisation de la bombe atomique (années 1940) marquent la naissance de la « big science ». La complexité des instruments de recherche devient telle que leur conception, leur construction et leur fonctionnement demandent la collaboration constante de chercheurs, d'ingénieurs et de techniciens. La réalisation des instruments les plus sophistiqués utilisés pour la physique des hautes énergies, l'astronomie ou le domaine spatial (satellites) demande des investissements qui désormais ne peuvent être assurés qu'à travers des projets internationaux, dont la réalisation est soumise à d'importantes décisions politiques. À partir de la seconde moitié du xxe siècle, l'invention des transistors puis des circuits intégrés permet non seulement de réduire énormément les dimensions des instruments, mais aussi d'augmenter leurs performances. Grâce à la miniaturisation des composants, il est possible de réaliser des ordinateurs puissants et compacts qui deviennent les compléments essentiels des appareils de mesure et de recherche. Fournissant directement les données sous forme de tableaux numériques, de graphiques ou d'images de synthèse, ils éliminent, en grande partie, le rôle subjectif de l'expérimentateur. La miniaturisation mène aussi à la création de la « black box » (boîte noire), instrument dont la forme ne définit plus la fonction.

Aujourd'hui, les instruments sont devenus omniprésents et indispensables à toute activité humaine. Souvent d'utilisation facile et immédiate, comme par exemple le G.P.S. (système global de positionnement), ils ne représentent cependant que la partie visible et familière d'une technologie extrêmement complexe.

Auteur: Paolo BRENNI