Guillaume Blanc et Camille Noûs

PHYSIQUE
ET ENJEUX
DE SOCIÉTÉ

Radioactivité, réchauffement climatique,
énergie, ondes électromagnétiques et santé

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# Physique et enjeux de société

Radioactivité, réchauffement climatique, énergie, ondes électromagnétiques et santé
Illustration de couverture :

Extrait de la figure 3.7 illustrant le rayonnement solaire incident au sommet de l'atmosphère.

Crédit : Julia Fraud, http://www.julia-fraud.com/

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# Physique et enjeux de société
## Radioactivité, réchauffement climatique, énergie, ondes électromagnétiques et santé

Guillaume BLANC

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https://orcid.org/0000-0003-4109-726X

Université Paris Cité, Université Paris Saclay, CNRS,
Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie, IJCLab,
91405 Orsay, France

Camille Noûs
Laboratoire Cogitamus

Université Paris Cité 2023

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Université
Paris Cité
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

https://doi.org/10.53480/physique-societe.b046

ISBN : 978-2-7442-0207-0 (imprimé)

ISBN : 978-2-7442-0208-7 (pdf)

© Guillaume BLANC 2023

Ouvrage publié sous licence Creative Commons Attribution License CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), qui autorise sans restric-
tions l'utilisation, la diffusion, et la reproduction sur quelque support
que ce soit, sous réserve que la publication originale soit correctement
citée : BLANC Guillaume & Noûs Camille, *Physique et enjeux de société*
(Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.
b046

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*Note de l'éditeur* : cet ouvrage comporte un ensemble d'hyperliens vers des pages de sites inter-
net. Leur validité ainsi que l'accès aux informations correspondantes ont été contrôlés en date
du 1er février 2023.
# Pourquoi Camille Noûs ?

« Camille Noûs » est un consortium scientifique créé début 2020 par le collectif de chercheur-euse-s ROGUEESR<fnref n="1" /> pour affirmer le caractère collaboratif et ouvert de la création et de la diffusion des savoirs, sous le contrôle de la communauté académique<fnref n="2" />. Cette personnalité incarne le caractère collectif de la production scientifique et dans le cas présent de sa diffusion. Camille Noûs est appelé-e à signer l'ensemble des publications scientifiques mais aussi les documents permettant la diffusion des connaissances scientifiques, tel cet ouvrage.

Camille Noûs se veut ainsi l'antithèse de la course individualiste et managériale aux indicateurs quantitatifs bibliométriques comme le *h-index* <fnref n="3" />.

Ce manuel est le fruit d'un travail de bibliographie et d'agrégation de connaissances de longue haleine, dans le but de mieux les partager avec, en particulier, les étudiant-e-s. Je souhaite que Camille Noûs le co-signe, d'une part parce que le savoir présenté est également le fruit d'une lente et collective construction; d'autre part parce que malgré le travail que ces supports demandent, un cours, un manuel de cours, comme n'importe quelle production de matériel d'enseignement, ne sont pas reconnus comme productions scientifiques en tant que telles. Or la synthèse méthodique des connaissances sur un sujet particulier contribue pourtant à l'édifice commun de production et de diffusion du savoir. À ce titre, il me paraît légitime à la fois que ce type de contribution soit reconnu à sa juste valeur, et que Camille Noûs, en tant qu'incarnation du caractère collectif du savoir produit, en soit également l'auteur et l'autrice <fnref n="4" />.

Guillaume Blanc

<footnote n="1">1. Voir http://rogueesr.fr/</footnote>

<footnote n="2">2. Voir http://www.cogitamus.fr/</footnote>

<footnote n="3">3. Le *h-index* est un indice bibliométrique permettant de quantifier à la fois le nombre de publications d'un chercheur et le nombre de citations par d'autres travaux de ces mêmes publications. Cela, en niant toute qualité à la production scientifique.</footnote>

<footnote n="4">4. Camille Noûs n'est pas genré-e, et incarne tout autant la chercheuse, le chercheur, l'enseignante-chercheuse que l'enseignant-chercheur. Plutôt réticent à utiliser jusque-là l'écriture dite *inclusive*, mais surtout l'un de ses avatars, le point médian « · », le podcast *Écriture inclusive : pourquoi tant de haine ?* de la linguiste Laélia Véron dans la série *Parler comme jamais* sur Binge Radio (https://www.binge.audio/podcast/parler-comme-jamais/écriture-inclusive-pourquoi-tant-de-haine) m'a finalement convaincu du bien-fondé de la démarche.</footnote>
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Remerciements

Je remercie l'UFR de Physique de l'université Paris-Diderot (puis Université Paris Cité) de
m'avoir permis de dispenser le cours dont est tiré ce manuel. Je me rends compte qu'il a orienté,
au fil des années, nombre de réflexions qui ont petit à petit changé mon activité de recherche.
De l'étude de l'énergie noire à l'aide de galaxies lointaines, j'en suis venu aux transitions éco-
logiques, entre énergie grise et empreintes environnementales. Une démonstration éclatante
de la synergie entre enseignement et recherche, l'un et l'autre se nourrissant mutuellement,
y compris en ce qui concerne les enseignements de Licence.

J'ai essayé d'appliquer l'évaluation par les pairs pour ce manuel, même si l'exercice est sin-
gulier et peu valorisé, en tout cas sur une autre dimension que le processus classique et néces-
saire de revue pour la publication de nouveaux résultats scientifiques. Je remercie ainsi les col-
lègues qui ont bien voulu relire tout ou une partie de l'ouvrage, à différents stades de son élabo-
ration, et qui m'ont ainsi fait des retours ayant permis de l'améliorer substantiellement : Jérémy
Attard (collectif CORTECS), Sandra Bouneau (laboratoire de physique des deux infinis Irène
Joliot-Curie), Sylvain David (laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie), Jean-
Louis Dufresne (laboratoire de météorologie dynamique), Catherine Even (laboratoire de phy-
sique des solides d'Orsay), Dominique Gosset (département des matériaux pour le nucléaire,
CEA Saclay), Yves le Dréan (Institut de recherche sur la santé, l'environnement et le travail),
Stéphane Plaszczynski (laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie), Sébastien
Wurth (laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie), Pascal Yiou (laboratoire
des sciences du climat et de l'environnement).

Je remercie également les différentes promotions d'étudiant·e·s qui m'ont permis d'amé-
liorer ce document grâce à leurs remarques et questions, les discussions que nous avons pu
avoir.

Malgré tout, subsistent nécessairement des erreurs : je m'en excuse, elles sont évidemment
de mon seul fait.

Je remercie Christophe Pion du service des bibliothèques d'Université Paris Cité qui a choisi
mon manuel de cours pour une première édition de monographie au sein d'une plateforme
expérimentale d'édition scientifique numérique.

Je remercie également l'équipe éditoriale, Maxence Larrieu et Vincent Colpin qui ont fait
un travail colossal pour rendre ce document publiable, qui ont su me pousser avec délicatesse
pour éviter que le processus ne s'éternise. Quand on élabore naïvement ce type de ressource
pédagogique, il y a beaucoup de notions, comme celle de licence, de forme, d'illustrations,
de références, qui passent facilement à la trappe par méconnaissance. J'ai ainsi appris qu'il
pouvait y avoir tout un univers entre un document pédagogique présenté aux étudiants, et
un livre publié. Merci, enfin, à Julia Fraud qui a accepté de travailler avec un physicien et ses
contraintes parfois en dehors de la réalité artistique mais qui a réussi à rendre cet ouvrage un
peu moins austère par son talent.
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Introduction

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Introduction, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.eab7ff

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## Un constat

Nous vivons à une époque où la science et la technologie dominent les différentes strates de notre société. Et pourtant, de nombreuses croyances perdurent, la foi en la science paraît s'effriter au profit d'un certain dogmatisme, la faute, peut-être entre autres, à l'amalgame entre la science qui est une somme de connaissances, et la technologie qui est l'application que l'humanité en fait, mais aussi à un certain anti-conformisme qui voudrait se démarquer des réalités ou vérités considérées comme dominantes. Les médias (radio, télévision, presse, internet) regorgent d'informations peu fiables, colportent des nouvelles fausses, souvent alarmistes, prétendent au relativisme<fnref n="1" /> malgré le consensus scientifique.

L'université forme des citoyen·ne·s avec une certaine culture scientifique, un « bagage » standard dans les principaux domaines où œuvrent les enseignant·e·s-chercheur·euse·s. Néanmoins, on peut se rendre compte que des étudiant·e·s en master de physique évoquent certaines idées trouvées dans les médias, comme par exemple les machines à énergie libre, sans le recul critique que leur formation aurait dû leur apporter. Il semble manquer une clef pour utiliser les connaissances accumulées dans une approche critique.

## Qu'est-ce que l'esprit critique ?

Il y a différents aspects dans « l'esprit critique » : une formation universitaire de physique fournit aux étudiant·e·s des outils pour critiquer<fnref n="2" /> des résultats liés à la physique, ordres de grandeur, logique d'une démonstration « théorique », homogénéité des expressions mathématiques, adéquation entre les modèles et les expériences, incertitudes expérimentales, etc. Cet outillage est nécessaire à tout·e scientifique.

Néanmoins, un·e citoyen·ne éclairé·e doit aussi être capable d'interagir en société de manière rationnelle, c'est-à-dire comprendre les débats de société et y participer en connaissance de cause. Les deux aspects de l'esprit critique, scientifique et citoyen, sont souvent disjoints, les scientifiques possèdent le premier, ont des facilités pour le second, mais pas toujours. Un·e citoyen·ne non scientifique, sans connaître la science, peut œuvrer en société avec un esprit

<footnote n="1">1. Le relativisme a pour postulat que toutes les formes de connaissances se valent et qu'il n'existe pas de vérité absolue : les différents points de vue se valent et sont équivalents, ils sont donc subjectifs. Richard Dawkins critique le relativisme de manière sarcastique dans son livre *Le fleuve de la vie : Montrez-moi un relativiste culturel à 30 000 pieds et je vous montrerai un hypocrite*. Les avions sont construits selon les principes scientifiques et ils fonctionnent. Ils restent en l'air et ils vous amènent à une destination choisie. Ce que ne font pas les avions construits selon des spécifications tribales ou mythologiques tels que les avions factices des cultes Cargo dans les clairières de la jungle ou les ailes d'Icare en cire d'abeille.</footnote>

<footnote n="2">2. Critiquer s'entend ici dans le sens d'Exercer son intelligence à démêler le vrai du faux, le bon du mauvais, le juste de l'injuste en vue d'estimer la valeur de l'être ou de la chose qu'on soumet à cet examen. Et non dans le sens qui consiste à Émettre, formuler des jugements défavorables, d'une façon systématique ou occasionnelle (source : CNRTL, https://www.cnrtl.fr/definition/critiquer).</footnote>
critique, tout au moins au sein des débats ne nécessitant pas de connaissances scientifiques pointues.

Se forger un esprit critique citoyen nécessite d'une part de prendre conscience d'un certain nombre d'aspects liés à notre psychologie, les « biais<fnref n="3" /> cognitifs » : notre cerveau est entrainé à prendre des décisions en permanence, sans réfléchir. Mais ce faisant, dans certaines situations, il se trompe. Il faut donc en avoir conscience pour pouvoir faire machine arrière et enclencher un processus de réflexion permettant de prendre alors la « bonne » décision (Kahneman 2012). Le psychologue Olivier Houdé définit l'intelligence comme l'inhibition de nos automatismes 4.

Il existe par ailleurs de nombreux autres mécanismes au sein de la société qui peuvent engendrer et propager des fausses informations : l'amplification des flux d'information par l'intermédiaire d'internet, une défiance envers les institutions officielles, ou encore les marchands de peur et de doute, entre autres.

L'esprit critique (Caroti 2020) pourrait ainsi se résumer à l'appréciation d'une information par rapport aux faits sur lesquels elle repose. Cela est vrai dans n'importe quelle situation, en particulier journalistique. Cette appréciation n'est possible qu'en ayant connaissance des faits. En science – comme dans tous les autres domaines – cela n'est possible qu'avec les connaissances adéquates.

Souvent la notion d'esprit critique s'apparente à celle de scepticisme. Être sceptique devant un résultat est un état d'esprit sain pour le scientifique. Mais on ne peut pas être systématiquement sceptique et vérifier toute information. Le mathématicien Henri Poincaré dans l'introduction de son ouvrage *La science et l'hypothèse* (Poincaré 1917) mentionne que : *Douter de tout ou tout croire, ce sont deux solutions également commodes, qui l'une et l'autre nous dispensent de réfléchir.* L'esprit critique est donc une situation au milieu de ces deux postures extrêmes, qui nécessite un travail de recherche et de réflexion.

## Des connaissances pour les débats de société

Se faire une idée objective quand une technologie ou un domaine scientifique sont amenés dans le débat public, souvent par médias interposés, parce que cette technologie ou ce domaine scientifique ont des applications en termes de santé, de politique, etc., n'est pas aisé, chacun ajoutant des éléments souvent peu objectifs et se référant à son univers dogmatique. Il est donc nécessaire de savoir comment la science produit de la connaissance, comment fonctionne le processus de publication scientifique, quelle est l'échelle de temps de cette production, à savoir, quand un résultat peut-il être considéré comme relativement sûr, comment se référer à cette production scientifique, si on peut lui faire confiance, dans quelle mesure, etc. Avoir une connaissance de cette méthode scientifique, de ce qu'est une science, par rapport à une non-science ou une pseudo-science est donc important. Savoir que la science est réfutable, qu'elle procède petit à petit par une succession d'essais et d'erreurs pour construire méthodiquement un ensemble de connaissances est primordial pour pouvoir comprendre les ingrédients d'un champ de connaissance scientifique.

La controverse scientifique est nécessaire à la construction de la science, comme l'est l'errur : le débat permet de mettre à l'épreuve de la méthode les idées et les résultats. La controverse scientifique est ainsi une discussion argumentée au sein des scientifiques experts d'un domaine. La science se construit, en partie, dans le débat entre pairs. En revanche la controverse sociétale fait se rencontrer une multitude d'acteurs de la société avec différents niveaux d'expertise. Le débat n'est plus à niveau d'expertise égal, mais se trouve dévoyé et biaisé par des croyances ou des dogmes personnels.

<footnote n="3">3. Le terme « biais » a une connotation péjorative, vue comme un défaut, un travers. Il ne s'agit pas ici de cela, mais des écarts de raisonnement par rapport à la moyenne : ce que l'on appelle « biais cognitifs » sont des processus de prise de décision qui fonctionnent de manière optimale dans l'immense majorité des situations.</footnote>

<footnote n="4">4. Voir par exemple l'émission *Les Savanturiers* sur France Inter le 11 mai 2019 (https://www.franceinter.fr/emissions/les-savanturiers/les-savanturiers-11-mai-2019)</footnote>
La science est au cœur de nombreuses controverses sociétales, impliquant souvent des « risques » pour la santé ou l'environnement. Citons par exemple les OGM, les pesticides, les ondes électromagnétiques, les nanotechnologies, la vaccination, la radioactivité. Il y a également des controverses autour d'enjeux scientifiques déterminants pour l'avenir de la société, comme l'énergie, le réchauffement climatique, la biodiversité, les pollutions, etc. Il y a également des controverses autour de croyances liées à la culture scientifique, citons ce qui tourne autour du dessein intelligent, des moteurs à énergie libre, de l'astrologie, de la terre plate, des croyances alléguées à la Lune, etc.

Pour prendre part au débat il devrait être nécessaire d'avoir un minimum de culture scientifique dans le domaine en question, faute de quoi il ne peut y avoir de discussion et seules des positions doctrinaires, par définition non argumentées, peuvent exister. Dans les controverses sociétales faisant appel aux sciences physiques, nous nous focaliserons sur la radioactivité, le réchauffement climatique, l'énergie dans la société et les émissions de gaz à effet de serre, et enfin les ondes électromagnétiques et la santé.

Il faut néanmoins puiser avec précaution dans la « culture » scientifique. Dans les domaines où la connaissance est en construction, quand la science est en train de se faire, le corpus du savoir impliqué doit être utilisé avec circonspection. C'est en particulier vrai quand il s'agit de science liée à une technologie touchant à l'environnement et/ou à la santé, comme les pesticides. Il convient dans ce cas, comme dans d'autres, similaires, de ne pas prendre pour argent comptant les connaissances pré-digérées de certaines sources vulgarisatrices. Il a été montré que certains industriels peu scrupuleux pouvaient instiller du doute dans une connaissance établie en produisant un savoir minimisant les effets néfastes de leurs produits, amenant ainsi doute et confusion au sein d'un consensus scientifique. Cette stratégie de marchandisation du doute a été mise en place par les industries du tabac, et reprise par d'autres secteurs par la suite (chimie et pluies acides, CFC – chlorofluorocarbures – et trou dans la couche d'ozone...), dont le secteur pétrolier pour discréditer le consensus scientifique autour du réchauffement climatique (Oreskes & Conway 2012 ; Bonneuil et al. 2021). Elle a ensuite évolué pour utiliser – à leur insu ou non – les vulgarisateurs de tout poil, vidéastes, blogueurs, associations, pour disséminer leurs idées. Cela semble fonctionner très bien en particulier dans le domaine des pesticides (Andreotti & Noûs 2020 ; Foucart et al. 2020 ; Laurens 2019)<fnref n="5" />.

Il convient donc de choisir soigneusement les « passeurs de science », et, de manière générale, de se référer à la production primaire de savoir, c'est-à-dire les publications scientifiques dans les revues à comité de lecture.

## Genèse

Ce manuel est issu d'un cours qui a vu le jour en septembre 2014 dans un cadre optionnel pour des étudiant·e·s en troisième année de Licence de physique à l'université Paris Diderot (devenue depuis Université Paris Cité). Il s'agit de 13 séances de 1 h 30. Au cours de 9 sessions (2014-2022), environ 240 étudiant·e·s ont suivi ce cours. Les trois premières années, les séances étaient un mélange de cours formels sur diapositives avec quelques exercices et discussions. La quatrième année, les étudiant·e·s devaient étudier le cours (sous forme de version papier des diapositives) chez eux pour améliorer les espaces de discussion et de travaux dirigés lors des séances. Pour la cinquième année, en 2018, j'ai écrit la première version de ce document, pour faciliter ce travail. De fait, les séances ont pu être pleinement dédiées à des exercices, des études de documents et des discussions ou débats.

Le fond a également beaucoup évolué par rapport aux débuts, la prise de recul quant à ces sujets est effectivement permanente, et une certaine remise en cause doit s'opérer continuellement.

<footnote n="5">5. Voir également le billet de blog : *La guerre de la raison*, Guillaume Blanc, décembre 2020, http://gblanc.fr/spip.php?article751.</footnote>
La forme du cours dispensé a, elle, peu évolué. Outre le cours en lui-même, les étudiant·e·s doivent travailler sur un projet de recherche bibliographique. Un sujet à explorer en binôme est choisi dans une liste prédéfinie, avec au préalable une formation à recherche documentaire dispensée par les formateur·rice·s du service des bibliothèques. Ces projets permettent d'explorer des thématiques peu ou pas abordées dans le cours.

L'idée initiale de ce cours provient du constat que les médias (internet, radio, télé, presse écrite...) nous abreuvent d'informations souvent erronées sur certaines sciences physiques ou sur certaines technologies ayant trait à la physique comme le « nucléaire », le réchauffement climatique, l'effet des ondes électromagnétiques sur la santé, etc. Ces mêmes médias (en particulier internet) sont également prompts à propager certaines croyances autour, par exemple, des moteurs surnuméraires, de l'astrologie, de la sourcellerie, etc. La lecture du livre de Gérald Bronner *La démocratie des crédules* (Bronner 2013) m'avait servi de fil conducteur pour élaborer le premier chapitre. À l'époque, en 2014, il y avait peu d'ouvrages autour de l'esprit critique, et la thèse de Bronner paraissait séduisante. Depuis, les études autour de l'esprit critique ont fleuri, tout comme les ouvrages grand public autour de ces questions. Les critiques aussi. Après tout, comme nous le verrons dans le chapitre 1, la science progresse par étapes, par essais et erreurs : le débat et la critique sont au cœur de l'élaboration des connaissances scientifiques. La thèse de Gérald Bronner selon laquelle la propagation des croyances serait due en grande partie à internet commence à être battue en brèche (Attard 2021 ; Factsory 2021). Les tenants d'un enseignement de l'esprit critique à l'école sont également critiqués (Pontcerq 2022) notamment car la *méthode* employée est décorrélée de toute discipline (Farina et al. 2017 ; Farina et al. 2018 ; Attali et al. 2019), de tout savoir, comme une *compétence* transversale, et ce alors même que des disciplines comme les sciences cognitives ou la psychologie sociale sont à un stade de leur existence où les connaissances qu'elles élaborent autour de la notion d'esprit critique sont peu consolidées (voir la figure 1.3, page 23). Une *méthode* permettant de distinguer une page internet fiable d'une page non fiable décorrélée de tout savoir et de toute connaissance sur le sujet traité ne permet pas de conclure.

[...] C'est parce que nous sommes, via internet, en effet confrontés à une masse de textes et d'images dont il est difficile de juger de la fiabilité, qu'il devrait être nécessaire de savoir toujours plus, et dans un nombre de domaines toujours plus grand – si l'on veut être en mesure de diminuer autant que possible le risque d'être trompés. (Pontcerq 2022)

Ceci peut être élégamment illustré en regardant la page web de l'association des climatistes 6. Cette association regroupe des scientifiques de renom, elle publie des articles qui singent parfaitement les codes de la science, avec force références, argumentaires, etc. Sans connaissances a priori sur le climat et le réchauffement climatique, il est aisé d'y voir des idées en apparence solides. Ce n'est qu'en les confrontant avec les véritables connaissances scientifiques, notamment les rapports du GIEC, que l'on peut s'apercevoir de la fausseté des arguments avancés. Le « réalisme » prétendu, ou le « scepticisme scientifique » loué, sont ainsi dévoyés au profit d'une idéologie mortifère (car semant le doute sur un sujet de société d'une grande importance) niant le réchauffement climatique d'origine anthropique.

Essayer de comprendre les éléments de la discussion scientifique sur laquelle des décisions sociétales doivent être prises est un acte démocratique très fort : on passe d'un monde de croyance, à la merci de quelques personnalités dominantes, à un monde où chacun peut faire des choix éclairés. (Yiou 2015)

<footnote n="6">6. https://www.climato-realistes.fr/</footnote>
Je voulais ainsi donner un bagage de connaissances minimales dans quelques domaines permettant d'en comprendre les enjeux et de se faire une opinion éclairée sur les débats de société qui en découlent : il s'agit des chapitres 2, 3 et 5, concernant la radioactivité, le réchauffement climatique et l'effet des ondes électromagnétiques sur la santé, respectivement. Néanmoins, je me suis rapidement rendu compte que cela ne suffisait pas, et qu'il fallait quelques éléments sur la méthode. J'ai donc élaboré le premier chapitre autour de la méthode scientifique.

## Public visé

Cet ouvrage s'adresse à des étudiant·e·s scientifiques. Idéalement physicien·ne·s, mais ce n'est pas une condition impérative. Il s'adresse aussi à des enseignant·e·s souhaitant traiter de l'une ou l'autre de ces questions.

## Objectifs

Les objectifs de ce manuel sont d'une part de donner quelques notions de physique sur des thématiques que l'on retrouve fréquemment dans les médias. D'autre part de comprendre comment la science se construit, et de donner des éléments pour aiguiser son esprit critique et utiliser internet le mieux possible.

L'idée est surtout de donner des *bases* qui, je l'espère, permettront ensuite d'approfondir les différentes notions présentées. J'ai essayé de donner des références nombreuses pour permettre cela : l'esprit critique ne s'aiguise pas ponctuellement à coups de livres et de cours, il n'y a pas de recette miracle, il faut l'entraîner en permanence.

## Limites

Dans ce livre ne seront abordés (succinctement) que certains problèmes sociétaux liés à la physique ainsi que quelques notions permettant d'aiguiser son esprit critique.

Ne sera donc pas abordé ce qui concerne d'autres domaines de la science : gaz de schiste, OGM, créationnisme, pseudo-médecines, pesticides, pollutions chimiques, etc.

Néanmoins, les quelques clefs que je donne, en particulier dans le premier chapitre, devraient permettre de creuser ces autres sujets pour en avoir une idée éclairée. Attention, parvenir à cela n'est jamais immédiat, et demande du temps et du travail. Mais internet est aussi un outil utile dans ce cadre.

## Plan

Le manuel se divise en cinq parties : la méthode scientifique, la radioactivité, le réchauffement climatique, l'énergie et le CO₂, les ondes électromagnétiques. Le chapitre sur l'énergie et le CO₂ ne fait pas partie du cours initial, il a été ajouté par souci de cohérence.

## La méthode scientifique, internet, le principe de précaution

Il s'agit ici de définir ce qu'est la science et comment se construit la connaissance scientifique. La méthode scientifique est évoquée succinctement sans entrer dans les différents couvrants épistémologiques. La différence entre une connaissance scientifique et une connaissance non scientifique est néanmoins discutée. Quelques outils pour analyser un effet ou un phénomène sont proposés, provenant de la zététique, cette « science » qui vise à analyser selon le prisme de la méthode scientifique les phénomènes paranormaux. Quelques croyances sont évoquées succinctement : astrologie, sourcellerie, propriétés alléguées à la Lune, moteurs surnuméraires. Une mise en garde est faite sur l'utilisation d'internet, en particulier comme outil de propagation des croyances et de confortation des idées (biais de confirmation). Cette partie se termine sur une courte analyse du principe de précaution et de la notion de risque.
## La radioactivité

Cette partie présente quelques notions de physique nucléaire sur les désintégrations radioactives, sur l'interaction des rayonnements ionisants avec la matière et en particulier la matière vivante. Des notions de radioprotection sont abordées, pour comprendre la différence entre l'activité d'un matériau radioactif, mesurée en becquerels et la dose reçue par un individu, mesurée en sieverts. Diverses applications de la radioactivité sont ensuite présentées, comme son utilisation en radiothérapie ou en contrôle non destructif. Enfin, la dernière section est consacrée au fonctionnement d'une centrale nucléaire.

## Le réchauffement climatique

Enjeu environnemental majeur en ce XXIe siècle, il semble indispensable que tout-e citoyen-ne, et *a fortiori* des étudiant-e-s en sciences, aient quelques notions sur la machine climatique, l'effet de serre, et le réchauffement climatique (Jouzel 2022). C'est pourquoi cette thématique figure dans ce cours. Seules quelques notions physiques sont abordées, comme le rayonnement et l'équilibre thermique.

## L'énergie et le CO₂

En lien avec le chapitre précédent sur le réchauffement climatique, l'énergie est un enjeu majeur de nos sociétés. Concept physique par excellence, ce chapitre le décline dans ses liens avec la société actuelle. Sans oublier le lien avec le climat et les émissions de gaz à effet de serre.

## Les ondes électromagnétiques et la santé

L'impact des ondes électromagnétiques sur la santé humaine fait également couler beaucoup d'encre dans les médias. Ce chapitre fait le point sur cette problématique.
<figure><img src="image_10.png" /></figure>
# Chapitre 1

## La méthode scientifique

BLANC Guillaume & Noûs Camille, La méthode scientifique, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.3224b0

<figure><img src="image_11.png" /></figure>
Dans ce premier chapitre, nous allons voir ce qu'est la science, comment elle se construit. Puis nous verrons quelques notions de zététique, une science qui s'intéresse aux croyances diverses et variées, et qui a construit quelques outils pour aiguiser son esprit critique. Nous parlerons de la toile (le web) et de la façon d'y faire une recherche documentaire. Enfin, nous dirons quelques mots sur une poignée de croyances toujours vivaces, pour finir sur la notion de risque et le principe de précaution.

# 1.1 Comment se fait la science ?

Après avoir défini la science, nous allons voir comment elle se construit. Ce domaine de réflexion autour de la science est une branche de la philosophie appelé épistémologie. Nous ne présentons ici qu'une approche vulgarisée de cette discipline.

## 1.1.1 Science et technologie

La science, du latin *scientia* signifiant « connaissance », est ce que l'on sait pour l'avoir ap-
pris, ce que l'on tient pour vrai au sens large, l'ensemble de *connaissances*, d'études d'une
valeur universelle, caractérisées par un objet (domaine) et une *méthode* déterminés, et fon-
dés sur des relations objectives vérifiables. (Dictionnaire Le Robert)

Mais la science peut désigner ses débouchés, à savoir les applications technologiques (bombe, GPS, smartphone, OGM, etc.).

Pourtant, les deux aspects sont fondamentalement différents :

→ La science est une somme de connaissances, donc par essence elle ne peut être ni bonne ni mauvaise.

→ La technologie est souvent une application (humaine) de la connaissance scientifique acquise. Elle est ce que l'humain décide d'en faire.

## 1.1.2 Les domaines scientifiques

Tentons une liste (exhaustive?) des différents domaines de la science :

→ Sciences « exactes »

> Sciences de la nature

> Sciences de la vie et de l'environnement (biologie, écologie, médecine, etc.)

> Sciences de la Terre et de l'Univers (astrophysique, géophysique, climatologie, etc.)

> Sciences de la matière (physique, chimie, etc.)
► Sciences formelles

> Mathématiques

> Logique

> Informatique théorique

→ Sciences humaines et sociales

► Histoire

► Anthropologie

► Sociologie

► Linguistique

► Économie

► Psychologie

► etc.

Il s'agit là d'une classification, on pourrait en imaginer d'autres. Par exemple, la physique se retrouve non seulement dans les « sciences de la matière » tout comme la chimie, mais également dans les « sciences de la Terre et de l'Univers » (géophysique, astrophysique); et même dans les sciences de la vie (biophysique) et de l'environnement (climatologie).

Chaque domaine fait appel à des connaissances, des outils théoriques et expérimentaux ou des méthodes parfois spécifiques, avec plus ou moins de porosité entre eux.

Il y a également un lien entre sciences exactes et sciences humaines, en particulier dans les études liées à l'environnement (voir par exemple le Laboratoire Interdisciplinaire des Énergies de Demain<fnref n="1" /> – LIED – rattaché à Université Paris Cité, qui abrite des biologistes, des physicien·ne·s, mais aussi des économistes et des sociologues).

La pluridisciplinarité consiste à juxtaposer plusieurs disciplines différentes autour d'un même sujet d'étude, comme par exemple le réchauffement climatique. L'interdisciplinarité consiste à entrecroiser les disciplines autour d'un même sujet, afin d'aborder un problème souvent complexe (comme le réchauffement climatique, encore) avec différents regards et approches. La transdisciplinarité va au-delà en faisant s'enrichir mutuellement les disciplines impliquées, dont les frontières deviennent ainsi floues.

1.1.3 Qu'est-ce que la physique ?

En tant que physicien·ne ou étudiant·e en physique, on peut se demander également, qu'est-
ce que la physique ? Et quelle est la différence avec sa proche cousine, la chimie ?

Le dictionnaire, selon celui que l'on regarde, nous dit :

-> Pour la physique :

► *Science qui a pour objet l'étude de la matière et de ses propriétés fondamentales* (Trésor de la Langue Française <fnref n="2" />).

► *Science qui étudie par l'expérimentation et l'élaboration de concepts les propriétés fondamentales de la matière et de l'espace-temps* (Larousse).

-> Pour la chimie :

► *Partie des sciences physiques qui a pour objet la constitution et les réactions de la matière* (Trésor de la Langue Française <fnref n="3" />).

► *Partie des sciences physiques qui étudie la constitution atomique et moléculaire de la matière et les interactions spécifiques de ses constituants* (Larousse).

<footnote n="1">1. http://www.lied-pieri.univ-paris-diderot.fr/</footnote>

<footnote n="2">2. https://www.cnrtl.fr/definition/physique</footnote>

<footnote n="3">3. https://www.cnrtl.fr/definition/chimie</footnote>
Il n'est donc pas simple de trouver une distinction claire entre la physique et la chimie. On voit souvent (sur internet) que la chimie étudie les transformations de la matière. Mais il faut préciser qu'il s'agit de transformations au niveau atomique ou moléculaire. Parce que la physique couvre aussi certaines transformations de la matière – les transformations nucléaires...

Dans le film *Les Palmes de M. Schutz* de Claude Pinoteau (1997), adapté de la pièce de théâtre de Jean-Noël Fenwick (scénario par Richard Dembo, Claude Pinoteau et Jean-Noël Fenwick), qui s'inspire d'un passage de la vie et du travail de Pierre et Marie Curie, on voit Marie Curie interprétée par Isabelle Huppert expliquer à Georgette (Marie-Laure Descoureaux), la nourrice de sa fille :

> Quand quoi que ce soit qui n'est pas un être vivant est en activité, un volcan, un nuage, de l'eau qui bout, une bûche qui brûle, ou c'est de la physique ou c'est de la chimie [...] [Une pomme de terre qui bout] ça c'est un phénomène physique. Retirez la pomme de terre, coupez le feu, le phénomène s'arrête. Ça c'est de la physique. En revanche, si vous plongez ce morceau de craie dans du vinaigre, ça bouillonne aussi; et si vous retirez la craie, ça continue à bouillonner tant qu'il reste du vinaigre sur la craie. C'est une transformation, ça c'est de la chimie. Avec la radioactivité, la question était de savoir si c'était de la physique ou de la chimie. Et bien c'est de la physique. Qu'on le mouille avec n'importe quoi, qu'on le mélange, qu'on le chauffe, qu'on le refroidisse, l'uranium continue à « yoyoter » comme dit M. Schutz, c'est-à-dire à rayonner invariablement, sans baisse ni interruption. Ça c'est de la physique.

Jean Perdijon dans son ouvrage *La formation des idées en physique, du phénomène à la théorie* (Perdijon 2007) rappelle que « physique » vient d'un mot grec signifiant « nature ». Jusqu'au XVIIIᵉ siècle elle était la philosophie naturelle c'est-à-dire l'étude du monde extérieur et des lois de son évolution. Il propose la définition suivante :

> La physique étudie, par l'expérimentation et l'élaboration de concepts, la matière et le rayonnement en relation avec l'espace et le temps.

Pour Feynman (1963),

> La physique est la plus fondamentale des sciences, celle qui contient le plus de choses et elle a eu un effet profond sur tout le développement scientifique.

### 1.1.4 La méthode scientifique

#### À l'origine

La science se construit avec méthode. La méthode scientifique est une démarche d'investigation (volonté d'explorer et de comprendre) similaire à l'investigation journalistique ou policière. Cette démarche n'est pas apparue du jour au lendemain, elle s'est construite petit à petit au cours de l'histoire de l'humanité; elle est issue d'une suite d'essais et d'erreurs corrigées. L'outil final obtenu est performant, il a fait preuve de son efficacité pour comprendre le réel (Machon 2015).

Initialement, la démarche scientifique était basée uniquement sur l'observation et le raisonnement (nécessaire mais non suffisant). Par exemple, les grecs s'interrogeaient sur la nature des constituants élémentaires de toute chose. Plusieurs théories s'affrontaient sur des bases purement rhétoriques (celle des quatre éléments d'Empédocle : eau, terre, air, feu, celles des « atomes », particules élémentaires « insécables » de Démocrite...).

La science moderne débute avec l'introduction de l'expérimentation et de l'instrumentation permettant la mesure de propriétés physiques : il s'agit là d'une **quantification** nécessaire pour discriminer des hypothèses contradictoires. La quantification est garante d'objectivité (jusqu'à un certain point, celui de l'interprétation des résultats) et permet d'obtenir des relations entre les grandeurs qui modélisent un phénomène (Machon 2015).
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**FIGURE 1.1** – Illustrations de possibles démarches scientifiques. Par exemple, le point de départ peut être l'élaboration d'une théorie (a), ou encore une observation (b). Ces schémas reflètent une logique courante, notamment en physique ; la réalité est néanmoins plus variée et complexe.</figcaption></figure>

## La démarche

La démarche d'investigation scientifique fait ainsi le lien entre le **rationalisme**, doctrine selon laquelle toute connaissance vient de principes pouvant a priori être logiquement formulés, ne dépendant pas de l'expérience et dont nous avons une connaissance raisonnée et innée <fnref n="4" /> et l'**empirisme**, méthode qui ne s'appuie que sur l'expérience concrète, particulière <fnref n="5" />. On peut grossièrement schématiser le processus à partir d'une situation de départ que serait un questionnement ou une observation, comme illustré à la figure 1.1. Le questionnement initial (ainsi que l'observation) entraîne une réflexion pour proposer des explications (conformément aux outils de l'esprit critique – voir section 1.2), puis une **expérimentation** afin de discriminer entre les hypothèses alternatives, dans le but de privilégier celle qui est la plus vraisemblable (jusqu'à preuve du contraire).

Les différentes hypothèses doivent rendre compte du phénomène étudié et doivent avoir des implications (prédictions) se démarquant les unes des autres. Ces **prédictions** doivent être **testables** et le cas échéant réfutées ou confirmées.

## L'expérimentation ou l'observation comme concept clef

Il s'agit ensuite de mettre en place des **expériences** pour vérifier ou infirmer les prédictions de chaque hypothèse. Les expériences doivent être choisies avec soin pour être discriminantes. Elles devront être bien menées, exemptes d'artefacts, de facteurs non contrôlés (pouvant modifier ou interférer avec le résultat). Sinon, on risque d'observer un phénomène qui n'a rien à voir avec la cause annoncée (une corrélation ne signifie pas forcément causalité, voir section 1.2.5).

Une étape importante dans ce processus est la **reproductibilité** : les expériences réalisées ou les observations effectuées doivent pouvoir être reproduites pour que le résultat soit validé. Ce concept de reproductibilité (Hocquet 2020 ; Attard 2020) peut être évident dans certaines disciplines comme la physique expérimentale, mais moins dans certains domaines observationnels. Par exemple, dans la discipline de l'astrophysique qui étudie l'univers dans son ensemble, non seulement il n'est pas possible de faire des expériences (créer un autre univers en laboratoire), mais faire des observations sur un autre univers n'est pas possible non plus. De surcroît nous devons l'étudier de l'intérieur.

L'expérience se termine par une observation d'un phénomène, par une mesure quantitative d'une donnée. Ce qui distingue une science observationnelle (comme l'astrophysique) d'une science expérimentale (comme la physique des matériaux) est que dans le premier cas, il n'est pas possible de modifier les paramètres permettant d'aboutir à l'observation. En revanche, il est parfois possible d'observer de nombreuses configurations d'un même phénomène aboutissant

<footnote n="4">4. Source : CNRTL, http://www.cnrtl.fr/lexicographie/rationalisme.</footnote>

<footnote n="5">5. Source : CNRTL, http://www.cnrtl.fr/definition/empirisme.</footnote>
à des observations différentes (par exemple la mort d'une étoile devenant supernova en astro-
physique).

Par la suite d'autres faits ou résultats permettent d'étayer ou de rejeter le schéma interpré-
tatif : ce sont les faits qui valident la théorie et non l'inverse. Si un nombre important de faits
s'interprète de manière rationnelle avec cette explication, celle-ci devient alors la meilleure fa-
çon de comprendre cette partie-là de la nature, jusqu'à preuve du contraire. Les scientifiques
n'ont pas besoin d'avoir accès à toutes les facettes d'un phénomène, de faire toutes les expé-
riences imaginables pour en donner une explication satisfaisante. Toutefois, il existe des ex-
périences plus crucales que d'autres. Une explication satisfaisante ne signifie pas qu'elle soit
vraie dans l'absolu, c'est seulement la meilleure explication pour un phénomène donné à un
moment donné. Ce que Victor Hugo, dans *L'art et la science* (Hugo 1993), résume ainsi :

La science est l'asymptote de la vérité. Elle approche sans cesse et ne touche jamais.

Un nouveau fait peut permettre à l'explication d'évoluer. Par exemple, la gravitation uni-
verselle de Newton est supplantée par la relativité d'Einstein, ce qui n'empêche pas la théorie
de Newton de rester valide dans certains domaines.

Une infinité de « méthodes »?

La réalité est plus complexe, il peut exister plusieurs théories à discriminer (comme sur la
nature de l'énergie noire en cosmologie), il se peut qu'il soit impossible de faire une expérience
(astronomie, climatologie, géophysique...), on a donc recours à l'observation (et à la classifica-
tion, puis modélisation, et éventuellement prédiction jusqu'à ce qu'une nouvelle observation
vienne confirmer ou infirmer le modèle ou la théorie), il ne suffit pas toujours d'une seule
mesure ou observation pour confirmer ou infirmer une théorie (climatologie...) etc.

Il n'y a pas **une** méthode, recette universelle, par laquelle la science se construit, mais de
nombreuses façons de procéder. Néanmoins, quelques traits principaux peuvent être retenus.
Ainsi les sciences tendent à faire preuve (Rasplus 2014) :

→ d'objectivité (regard critique perpétuel, collectif et impersonnel),

→ de rigueur (multicontrôles),

-> de remise en question (évaluation anonyme par les pairs).

Une connaissance scientifique est ainsi une construction méthodique autour de faits ob-
servationnels ou expérimentaux. Ce que résume Henri Poincaré dans *La science et l'hypothèse*
(Poincaré 1917) :

On fait la science avec des faits comme une maison avec des pierres ; mais une accumulation
de faits n'est pas plus une science qu'un tas de pierre n'est une maison.

Qu'est-ce que la « vérité » ?

La science cherche à comprendre comment la nature (au sens large : des constituants de la matière à la psychologie humaine) fonctionne. Par des expériences elle déduit les lois qui régissent le monde. Mais ces lois sont des théories élaborées éventuellement avec un langage spécifique (comme les mathématiques dans nombre de domaines scientifiques) qui tentent d'expliquer une partie de ce monde, avec des variables, des hypothèses sous-jacentes. La complexité de la réalité « physique » de l'univers qui nous entoure n'est qu'imparfaitement reproduite et comprise par la science. L'objectif de celle-ci est d'approcher cette réalité au plus près. Néanmoins, il est probable que cette approche ne sera jamais qu'asymptotique, comme le mentionne Victor Hugo dans son texte.
La vérité scientifique se distingue ainsi de cette réalité physique. La science repose sur un socle solide qui n'est pas remis en question, à savoir, typiquement, les connaissances qui sont enseignées jusqu'au premier cycle universitaire. L'existence des atomes ne fait pas débat tout comme la notion de cellule ; la Terre est certainement ronde à une certaine échelle ; un courant électrique génère un champ magnétique, etc. Mais ces notions (l'atome, la cellule, la rotondité de la Terre, le champ magnétique...), comme tant d'autres sont des représentations que nous avons faites de la réalité. Même si ce sont des vérités scientifiques.

La science se construit ainsi sur ce piédestal, lentement. Certaines avancées deviennent des briques du socle, d'autres sont réfutées et oubliées.

Voici ce que dit Feynman (1963) de cette notion de vérité scientifique :

> Chaque fragment de l'ensemble de la nature n'est en fait qu'une simple approximation de la vérité totale ou de ce que nous croyons être à l'heure actuelle la vérité totale. En fait tout ce que nous savons n'est qu'approximation parce que nous savons que nous ne connaissons pas encore toutes les lois. De ce fait, les choses doivent être apprises seulement pour être désapprises ensuite ou, plus probablement, pour être corrigées. Le principe de la science, sa définition, pour ainsi dire, est ce qui suit : toute notre connaissance est à l'épreuve de l'expérience. L'expérience est seul juge de la « vérité » scientifique.

### Réfutable ou pas réfutable ?

Le concept de « réfutabilité » (Attard 2020 ; Chalmers 1990 ; Juignet 2015) est un concept clef dans la démarche scientifique. On peut même s'en servir pour définir ce qu'est une science. Ce concept a été mis en avant par le philosophe britannique Karl Popper (Rakotoarison 2014). Réfuter quelque chose : repousser ce qui est affirmé par une démonstration argumentée qui en établit la fausseté<fnref n="6" />. Un concept est alors dit « scientifique » s'il peut être réfuté, c'est-à-dire si on peut en établir la fausseté, par des arguments, par des observations, par des expériences... Ou encore s'il peut être testé. Ainsi une théorie scientifique, le résultat d'une expérience ou d'une observation ne sont vrais que jusqu'à preuve du contraire. Même si certains concepts, comme l'existence des atomes par exemple, sont indubitablement vrais.

Ce concept de réfutabilité ou de falsifiabilité n'est évidemment pas un critère de scientificité absolu : il y a des exceptions, il y a des théories épistémologiques différentes ou plus élaborées. Il s'agit néanmoins d'un critère particulièrement intéressant d'un point de vue pédagogique, parce qu'il est relativement simple à comprendre, et qu'il permet de séparer en grande partie ce qui relève du domaine scientifique de ce qui n'en relève pas.

### 1.1.5 Qui sont les scientifiques ?

Les scientifiques cherchent à comprendre comment fonctionne le monde par le prisme de la science. Il peut s'agir d'amateur·rice·s (citoyen·e·s éclairé·e·s) ou de chercheur·euse·s professionnelle·s. En France, un·e chercheur·euse en sciences peut faire de la recherche à plein temps dans un établissement public à caractère scientifique et technologique (EPST) comme le CNRS, l'INSERM, l'INRAE, l'INRIA, etc., ou dans un établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC) comme le CEA. Ou bien elle/il peut être enseignant·e-chercheur·euse (dans un établissement d'enseignement supérieur, comme l'université) avec une charge d'enseignement. Au CNRS, par exemple, il y a des chargé·e·s de recherche, des directeur·rice·s de recherche. À l'université, il y a des maître·sse·s de conférences, des professeur·e·s des universités. Elles et ils sont fonctionnaires. Les enseignant·e·s-chercheur·euse·s sont les « profs » à l'université, leur mission d'enseignement est statutairement de 192 heures devant les étudiant·e·s, chaque année.

<footnote n="6">6. Source : CNRTL, https://www.cnrtl.fr/definition/réfutable.</footnote>
Elles et ils font également de la recherche. Notons que faire de la recherche n'implique pas forcément de produire des connaissances scientifiques : cela peut être dans d'autres domaines <fnref n="7" /> que ceux de la science (arts, langues, philosophie, théologie, architecture, etc.).

Il y a également des étudiant·e·s qui préparent le diplôme du doctorat, avec ou sans charge d'enseignement (vacation ou monitorat), des titulaires du doctorat en « post-doc », sorte de CDD de la recherche, souvent sans charge d'enseignement, des ATER (Attaché·e·s Temporaires d'Enseignement et de Recherche), qui sont l'équivalent des enseignant·e·s-chercheur·euse·s mais en CDD (toujours après un doctorat).

### 1.1.6 Le processus de publication d'un résultat scientifique

#### La revue par les pairs

Le résultat d'une expérience, d'une théorie, d'un modèle, d'une observation doit être publié dans un journal spécialisé. Il existe un grand nombre de revues dans chaque domaine de la science. Par exemple en astrophysique : Astronomy and Astrophysics, Astrophysical Journal, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, New Astronomy. Il existe également quelques revues généralistes comme Nature ou Science. Ces journaux sont dits « à comité de lecture ».

Dans quasiment tous les domaines des sciences de la nature, la langue de publication est l'anglais (la science est internationale, elle s'est mondialisée bien avant le reste de la société!).

Un article est soumis à une revue; un comité éditorial demande à des scientifiques (deux, typiquement) ayant le même domaine de compétence (et si possible pas de lien avec les auteurs de l'article) de lire l'article afin de décider s'il répond aux canons de la science et mérite d'être publié. Il s'agit de l'évaluation par les pairs, qui est généralement anonyme.

Les questions typiques auxquelles doivent répondre les relecteur·rice·s (referees) (Ramus 2014) sont :

* La question scientifique et les hypothèses qui sont faites sont-elles claires et bien posées ?

* La méthode utilisée est-elle appropriée pour répondre à la question posée ?

* Les analyses des données sont-elles appropriées ?

* Les conclusions tirées sont-elles conformes aux résultats obtenus ?

* L'article, sous sa forme actuelle, est-il suffisamment clair et détaillé pour permettre à d'autres chercheur·euse·s de reproduire ces travaux ?

Ce processus fondamental permet d'avoir des publications de qualité, il est le garant de la méthode scientifique.

Un résultat scientifique publié n'est pas pour autant gravé dans le marbre ! La science est un processus long, qui demande de refaire les expériences, de vérifier, de contrôler, de valider, de refaire les observations, etc. D'autant plus que certains articles sont publiés dans des revues peu regardantes sur la qualité (dites revues prédatrices) ; la preuve en a été faite avec un canular d'une poignée de scientifiques (qui a consisté à publier un papier bidon et hilarant dans une de ces revues – Huet 2020 ; Rochoy 2020).

Les articles scientifiques honnêtes emploient souvent le conditionnel, et il faut du temps pour qu'un résultat soit considéré comme sûr. La science avance lentement.

<footnote n="7">7. Voir par exemple les différents domaines universitaires dans les sections disciplinaires du Conseil national des universités : https://fr.wikipedia.org/wiki/Conseil_national_des_universités ou les différents instituts du CNRS : https://www.cnrs.fr/fr/la-recherche.</footnote>
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>FIGURE 1.2 – Illustration des différents niveaux de preuves scientifiques : seule la partie rouge a un sens.</figcaption></figure>

## L'échelle des preuves

On peut définir une hiérarchie des preuves scientifiques, comme illustré à la figure 1.2. Si un témoignage, un ressenti personnel, une rumeur n'ont aucun poids, une seule étude en a moins qu'une multitude d'études distinctes concluant dans le même sens. Les méta-analyses font le bilan d'un grand nombre d'études, comme le GIEC le fait sur le climat dans ses rap-ports. Mais parfois une seule étude permet d'avoir une preuve raisonnable, comme par exemple la première observation directe des ondes gravitationnelles par les observatoires interféromé-triques.

### 1.1.7 Consensus et controverses

Le *consensus* scientifique représente la position sur laquelle la plupart (mais pas forcément tous) des scientifiques spécialisés dans un domaine se mettent d'accord, à un moment donné.

Le consensus scientifique n'est, en lui-même, pas un argument scientifique, et *il ne fait pas partie de la méthode scientifique*. Le consensus n'est donc pas synonyme de vérité<fnref n="8" />. L'inverse est vrai, en revanche : la « vérité » scientifique fait souvent consensus.

L'histoire des sciences montre que certains consensus se sont finalement révélés faux, comme par exemple le caractère fixe et immuable de la croûte terrestre, et ce malgré la théorie de la dérive des continents, reprise par par Wegener en 1915, mais à laquelle les géologues n'ont adhéré que dans les années 1950! Il est donc sain que tous les scientifiques n'adhèrent pas à un consensus, ce qui permet de le tester.

Une *controverse* scientifique peut être définie comme un débat amical (ou non) opposant des personnalités de la communauté scientifique ou ses observateurs (sociologues des sciences, journalistes...) sur un point de théorie scientifique ou sur les faits historiques ou philoso-phiques devant être associés à cette théorie.

<footnote n="8">8. La vérité scientifique n'est pas synonyme de vérité absolue et ne représente pas forcément la réalité physique, même si elle tend à s'en approcher. Elle peut s'avérer fausse, puisque réfutable. Mais il n'est pas possible de prouver qu'elle est absolument et définitivement vraie.</footnote>
On peut citer par exemple la mémoire de l'eau<fnref n="9" /> ou la fusion froide<fnref n="10" />, controversées en leur temps, réfutées à l'heure actuelle.

Attention cependant : il ne faut pas confondre une controverse *scientifique* et une controverse *publique*; en effet, les scientifiques qui débattent le font dans leur domaine de compétence, ce qui n'est en général pas le cas lors d'une controverse sur un sujet scientifique mais qui arrive dans la société (par exemple le réchauffement climatique<fnref n="11" /> ou les effets des ondes électromagnétiques sur la santé).

### 1.1.8 L'erreur fait partie de la méthode

La science étant une construction humaine, la perception de la réalité, des phénomènes, des expériences et des résultats peuvent varier et engager des controverses sur leurs interprétations (Rasplus 2014).

L'erreur fait partie intégrante de la méthode scientifique, elle est source de progrès et de savoir. La science progresse en permanence par essais et erreurs. Se tromper permet parfois de découvrir des choses que l'on n'avait pas imaginées *a priori*. On parle de « sérendipité »<fnref n="12" />. Par exemple, en 1928, le biologiste britannique Alexandre Fleming découvre par accident que de la moisissure évite le développement des bactéries. Il découvre ainsi la pénicilline<fnref n="13" />, premier antibiotique. De même, le physicien français Henri Becquerel découvre la radioactivité<fnref n="14" /> inopinément en 1896. L'histoire des sciences regorge de telles découvertes.

Pour illustrer cela, on peut citer Ramunni (2012) :

> Si l'on a peur de se tromper, alors on risque de rester trop ancré dans la « science normale » et de ne jamais changer de conception. Il n'y aurait pas de révolution en science, mais simplement de l'évolution.

Ou encore Victor Hugo (L'art et la science) (Hugo 1993) :

> La science va sans cesse se raturant elle-même. Ratures fécondes.

La science et sa démarche sont ainsi sujettes aux erreurs, mais toute erreur peut être corrigée, c'est ce qui fait l'essence même de la réfutabilité.

La figure 1.3 tente de résumer la complexité et la diversité du processus d'élaboration de la connaissance scientifique.

<footnote n="9">9. La mémoire de l'eau est le nom donné en 1988, au cours d'une controverse médiatique, à une hypothèse du chercheur, médecin immunologue, Jacques Benveniste selon laquelle l'eau qui a été en contact avec certaines substances conserve une empreinte de certaines propriétés de celles-ci alors même qu'elles ne s'y trouvent statistiquement plus. (Source : Wikipédia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Mémoire_de_l'eau)</footnote>

<footnote n="10">10. L'expression médiatique fusion froide désigne des réactions supposées nucléaires à température et pression ambiante. La plus connue est celle qui semble être une fusion nucléaire réalisée selon des techniques dérivées d'une expérience réalisée par Martin Fleischmann et Stanley Pons en mars 1989. [...] Lorsque l'eau est électrolysée dans un vase entouré d'un calorimètre, il est possible de vérifier la loi de conservation de l'énergie en utilisant les théories de l'électricité, de la thermodynamique et de la chimie : l'énergie électrique en entrée, la chaleur accumulée dans le vase, l'énergie chimique stockée, et la chaleur s'échappant du vase s'équilibrent parfaitement. Lorsque la cathode est constituée de palladium, et lorsque l'eau est remplacée par de l'eau lourde, on s'attend aux mêmes transferts d'énergie. Fleischmann et Pons observèrent dans leurs expériences que, dans certains cas, la quantité de chaleur mesurée par le calorimètre semblait plus grande que prévue. Lorsqu'ils ont calculé la densité de puissance sur base du volume de la cathode, ils ont obtenu une valeur trop grande pour être explicable par une réaction chimique. Ils en conclurent provisoirement que l'effet pouvait être nucléaire, malgré l'absence de preuves expérimentales. (Source : Wikipédia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_froide)</footnote>

<footnote n="11">11. Une étude du consensus scientifique sur le réchauffement climatique a été faite, entre autres, par Cook et al. (2016), qui montre qu'entre 90 % et 100 % des scientifiques spécialistes du climat adhèrent au consensus depuis plus de 15 ans. D'un autre côté, un sondage en septembre 2019 (Bouchet-Petersen 2019) montre que 85 % des Français considèrent le dérèglement climatique comme « une réalité », et 84 % considèrent que ce dérèglement est dû à « l'activité humaine sur la Terre ».</footnote>

<footnote n="12">12. Voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Sérendipité.</footnote>

<footnote n="13">13. Voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Alexander_Fleming.</footnote>

<footnote n="14">14. Voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Radioactivité#Histoire.</footnote>
<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**FIGURE 1.3** – La construction de la connaissance scientifique est finalement un joyeux fouillis, mais on y trouve néanmoins un soubassement méthodique rigoureux.</figcaption></figure>

### 1.1.9 La capitalisation de la science

Il y a des limites à ce schéma qui sont dues à la capitalisation de la science : les chercheur-euse-s du monde entier sont soumis-e-s à une pression croissante au fil des années pour publier toujours plus, ce qui amène à des dérives qui contreviennent à la déontologie, comme la fraude (manipulation des résultats, typiquement) (Arnold 2014). Le modèle économique des revues scientifiques est également plus que discutable (Althaus 2019) : des éditeurs privés peu scru-puleux en situation de monopole prennent les chercheur-euse-s en otage en les faisant payer pour publier, pour ensuite vendre à prix d'or les revues aux bibliothèques des universités<fnref n="15" />. Les chercheur-euse-s étant généralement financé-e-s par les contribuables pour faire leur tra-vail. Il y a bien d'autres dérives humaines, souvent liées à une croissance ingérable (« toujours plus ») qui ternissent cette image, comme des idéologies, des intérêts privés, etc., et peuvent biaiser voire fausser intentionnellement des résultats.

## 1.2 Quelques méthodes autour de l'esprit critique

### 1.2.1 La zététique

Le mot vient du grec qui signifie « chercher ». Il a été mis au goût du jour par Henri Broch qui a notamment créé un laboratoire de zététique<fnref n="16" /> au sein de l'université de Nice en 1998. La zététique cherche à comprendre (ou à réfuter) les phénomènes para-normaux<fnref n="17" /> à l'aide

<footnote n="15">15. Par exemple des éditeurs commerciaux comme Elsevier (https://fr.wikipedia.org/wiki/Elsevier) ou Wiley (https://onlinelibrary.wiley.com/) auraient voulu faire payer l'utilisation de figures issues d'articles scientifiques – parfois même anciens! – publiés dans des revues leur appartenant, pour leur reproduction dans cet ouvrage en accès ouvert.</footnote>

<footnote n="16">16. http://sites.unice.fr/site/broch/labo.html</footnote>

<footnote n="17">17. Ensemble de phénomènes qui ne sont ni observables ni explicables scientifiquement, comme les ovnis, les fantômes, les esprits, la télékinésie, etc.</footnote>
de la méthode scientifique (expérimentation, modélisation, etc.) : elle va mettre à l'épreuve
une connaissance. Henri Broch la définit comme *l'art du doute* mais cette appellation n'est pas
correcte, car la zététique est une science puisqu'elle en utilise les méthodes<sup>18</sup>, et non un art,
qui, par essence, n'est pas une science. On pourrait donc qualifier la zététique de « science du
doute » ?

La zététique a développé un certain nombre d'outils permettant d'éviter de tomber dans dif-
férents pièges de croyances ou pseudo-sciences. Elle recommande de penser avec ordre
et méthode, en tenant à distance dogmes<sup>19</sup>, préjugés et idées reçues (source : Wikipédia,
https://fr.wikipedia.org/wiki/Zététique).

Plus qu'une science, la zététique est un ensemble de méthodes à visée pédagogique dans la sensibilisation à l'esprit critique.

1.2.2 Comprendre le monde qui nous entoure

La zététique va mettre en œuvre trois outils principaux pour interpréter et comprendre
la nature et en particulier les phénomènes « para-normaux » : l'observation, la réflexion et
l'expérience. L'observation recueille les faits, la réflexion les combine, l'expérience vérifie le résultat
de la combinaison. <sup>20</sup>

La façon dont ces trois moyens sont mis en œuvre est tout aussi importante : *Il faut que l'observation de la nature soit assidue, que la réflexion soit profonde, et que l'expérience soit exacte.*<sup>21</sup>

1.2.3 Sciences et pseudo-sciences

La science diffère fondamentalement des autres champs de connaissance (arts, religions, etc.) : que ces connaissances soient vraies ou fausses, peu importe, la question n'a même aucun sens. *La science est tout simplement le seul mode de connaissance permettant de comprendre l'univers qui nous entoure. [...] La science est en fait tout simplement le seul domaine qui intègre un processus auto-correctif de découverte.* (Broch 2008a). La science a également une portée universelle : le monde physique et les sociétés dans lesquels nous vivons doivent beaucoup à la science et à la technologie. On ne peut pas en dire autant d'autres champs de la connaissance (religions, pseudo-sciences...):

> Si les épidémies de peste ont désormais presque disparu, on peut difficilement supposer
> que les prières et aspersions d'eau bénite y soient pour quelque chose... (Broch 2008a)

Une **pseudo-science** n'est pas seulement un domaine de connaissance qui ne fait pas preuve d'auto-correction des erreurs (i.e. une non-science), c'est une non-science qui voudrait se prendre pour une science! Les pseudo-sciences sont dangereuses parce que (Broch 2008a) :

-> leurs spéculations, données fausses ou inventées sont présentées comme résultats de recherches scientifiques;

-> elles corrompent *l'esprit* de la science (la méthodologie qui la caractérise);

-> elles sont accessibles au plus grand nombre, puisqu'elles ne demandent strictement aucun travail (contrairement à la science qui nécessite des années d'études), faisant ainsi percevoir les sciences véritables comme élitistes;

<footnote n="18">18. Un bémol cependant, car aucune des analyses « zététiques » du laboratoire de zététique de Nice (http://www.unice.fr/zetetique/), fondé par Henri Broch (et désormais fermé) n'a été publié dans des revues scientifiques à comité de lecture, court-circuitant ainsi un échelon fondamental de la méthode scientifique, celui de la revue par les pairs, comme en témoigne le livre grand public Charpak & Broch (2002). Voir aussi Andreotti & Noûs (2020), p. 24.</footnote>

<footnote n="19">19. *Un dogme est une affirmation considérée comme fondamentale, incontestable et intangible par une autorité politique, philosophique ou religieuse.* (Source : Wikipédia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Dogmatique)</footnote>

<footnote n="20">20. D'après Diderot, Pensées sur l'interprétation de la nature. Aux jeunes gens qui se disposent à l'étude de la philosophie naturelle (1753), cité par Broch (2008b), p. 31.</footnote>

<footnote n="21">21. id.</footnote>
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>FIGURE 1.4 – Méthode scientifique et méthode créationniste! Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

→ elles reçoivent le soutien de groupes de pression puissants (sectes...) et un accueil cha- leureux de la part de certains médias de masse (course au scoop sensationnel, intérêt à ce que l'esprit critique du public ne se développe pas...).

### 1.2.4 Croyances

Une croyance est l'adhésion à une thèse considérée comme vérité sans tenir compte des faits ou de l'absence de faits confirmant ou infirmant cette thèse. *Une croyance par définition s'appuie sur un principe d'autorité et de certitude* (Yeganefar 2013).

Une croyance est capable d'écarter les faits (voir figure 1.4) qui ne vont pas dans son sens. Elle ne se base pas, contrairement à la science, sur les règles de la logique. Quand la logique n'est pas respectée, tout un chacun peut exprimer ses conclusions comme des vérités !

Entre deux théories pour expliquer un fait, la science choisira celle avec le moins d'hypo- theses (principe de parcimonie ou du rasoir d'Ockham <fnref n="22" />) :

> Si une vitre est cassée et qu'un caillou est retrouvé à l'intérieur, il n'y aura peut-être pas besoin de faire l'hypothèse qu'un esprit a déposé le caillou dans la pièce et que le père-noël était ivre ce jour-là. (Yeganefar 2013).

Les croyances, les pseudo-sciences n'obéissent pas au critère de réfutabilité, car en général elles ont été réfutées.

<footnote n="22">22. Le principe du rasoir d'Ockham (d'après le philosophe franciscain Guillaume d'Ockham (XIVe siècle)) consiste à ne pas utiliser de nouvelles hypothèses tant que celles déjà énoncées suffisent, à utiliser autant que possible les hypothèses déjà faites, avant d'en introduire de nouvelles, ou, autrement dit, à ne pas apporter aux problèmes une réponse spécifique, ad hoc, avant d'être (pratiquement) certain que c'est indispensable, sous peine de risquer d'escamoter le problème, et de passer à côté d'un théorème ou d'une loi physique. (Source : Wikipédia, https://fr.wikipedia.org/wiki/Rasoir_d'Ockham)</footnote>
1.2.5 Règles d'or de la zététique

Dans son livre *Comment déjouer les pièges de l'information*, Henri Broch (Broch 2008b) liste de manière détaillée et exhaustive différentes facettes de la zététique, qu'il nomme « règles d'or » ou effets de présentation. Il faut considérer ces quelques « règles » comme des règles de bonne conduite dans le labyrinthe de la connaissance.

Ces « règles » et « effets » zététiques aux noms imagés imaginés par Henri Broch se retrouvent (sous d'autres appellations) dans le recueil des « moisissures argumentatives » du collectif Cortec<fnref n="23" />. Il y a souvent des biais cognitifs ou des erreurs de logique derrière ces raisonnements fallacieux. On les retrouve également sous l'appellation « sophismes ». Un sophisme<fnref n="24" /> est un raisonnement qui semble correct et rigoureux, mais qui se révèle illogique, donc faux, pour peu que l'on prenne le temps de s'y pencher pour en comprendre les étapes. Contrairement au paralogisme, qui est un raisonnement erroné, mais de bonne foi, le sophisme cherche à tromper l'interlocuteur sciemment.

**Une belle histoire** (ou scénario) *n'est pas une loi* (ou une preuve). Par exemple, les gravures préhistoriques présentes sur de nombreux rochers affleurant dans la vallée des Merveilles dans le massif du Mercantour font l'objet de nombreuses interprétations <fnref n="25" /> qui résonnent sympathiquement, mais les faits archéologiques ne sont pas au rendez-vous pour les étayer.

**Quantité n'est pas qualité** ou mille-feuille argumentatif : une collection d'anecdotes ne constitue pas une preuve scientifique. Ce n'est pas parce qu'il y a de nombreux témoignages d'OVNIS que les extraterrestres en visite existent ! Cet argument est à relier à la loi de Brandolini <fnref n="26" /> qui stipule que : *La quantité d'énergie nécessaire pour réfuter du baratin est beaucoup plus importante que celle qui a permis de le créer.*

**Ce n'est pas parce que c'est écrit que c'est exact** : le corollaire est qu'il faut toujours vérifier l'origine de l'information. En sciences, l'origine est le ou les articles scientifiques publiés dans des revues à comité de lecture, c'est-à-dire ayant bénéficié d'une évaluation par les pairs.

**L'analogie n'est pas une preuve** : ce n'est pas parce que la Lune provoque les marées qu'elle provoque quelque chose chez l'individu à la naissance ou qu'elle fait pousser les tomates.

**L'absence de preuve n'est pas la preuve de l'absence** : lorsqu'on n'a pas la preuve de quelque chose cela ne signifie pas que cette chose est inexistante. Par exemple, personne n'a encore vu de magnifiques licorne blanche dans son jardin. Cela ne signifie nullement que la licorne n'existe pas quelque part sur Terre; sa probabilité d'existence est toutefois extrêmement faible, et il est donc inutile, pour l'instant, de créer un nouveau domaine de recherche comme la licornologie...

**La non-impossibilité n'est pas un argument d'existence** ou renversement de la charge de la preuve. Ce n'est pas parce qu'on ne peut pas prouver que quelque chose n'existe pas, que cette chose existe nécessairement !

Un exemple est le concept de la théière de Russell. Bertrand Russell (1872-1970) est un philosophe britannique spécialiste de logique et du fondement des mathématiques <fnref n="27" />. Dans son texte *Is There a God?* (Russell 1997), voici ce que l'on peut lire :

<footnote n="23">23. https://cortecs.org/language-argumentation/moisissures-argumentatives/</footnote>

<footnote n="24">24. https://fr.wikipedia.org/wiki/Sophisme</footnote>

<footnote n="25">25. https://fr.wikipedia.org/wiki/Vallée_des_Merveilles#Des_interprétations_isolées_et_controversées</footnote>

<footnote n="26">26. Voir par exemple : https://bonpote.com/loi-de-brandolini-doit-on-repondre-aux-cons/.</footnote>

<footnote n="27">27. On pourra lire le roman graphique de Apóstolos K. Doxiádis et Christos H. Papadimitriou, *Logicomix* (2008), sur sa vie et son œuvre.</footnote>
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>FIGURE 1.5 – La théière de Russell. Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>FIGURE 1.6 – Illustration de la différence entre précision et exactitude.</figcaption></figure>

De nombreuses personnes orthodoxes parlent comme si c'était le travail des sceptiques de réfuter les dogmes plutôt qu'à ceux qui les soutiennent de les prouver. Ceci est bien évidemment une erreur. Si je suggérais qu'entre la Terre et Mars se trouve une théière de porcelaine en orbite elliptique autour du Soleil, personne ne serait capable de prouver le contraire pour peu que j'aie pris la précaution de préciser que la théière est trop petite pour être détectée par nos plus puissants télescopes. Mais si j'affirmais que, comme ma proposition ne peut être réfutée, il n'est pas tolérable pour la raison humaine d'en douter, on me considérerait aussitôt comme un illuminé. Cependant, si l'existence de cette théière était décrite dans des livres anciens, enseignée comme une vérité sacrée tous les dimanches et inculquée aux enfants à l'école, alors toute hésitation à croire en son existence deviendrait un signe d'excentricité et vaudrait au sceptique les soins d'un psychiatre à une époque éclairée, ou de l'Inquisiteur en des temps plus anciens. (figure 1.5)

**Ce n'est pas parce que c'est précis que c'est exact!** Attention à la limite de précision d'un calcul ou d'une mesure. En effet, le résultat d'un calcul, par exemple, peut être précis avec beaucoup de chiffres significatifs, mais faux... (figure 1.6).
Il vaut mieux faire une analyse globale ou statistique que de regarder les cas individuellement.

Par exemple, des analyses statistiques pourraient montrer que l'astrologie fonctionne en étudiant les corrélations entre prédictions des astrologues et réalités des personnalités des individus. Ce type d'analyse a été faite (Biraud & Zarka 1998 ; Carlson 1985), pour montrer (depuis quelques décennies!), que l'astrologie ne fait pas mieux que le hasard.

Autre exemple, la croyance que la Pleine Lune influence les naissances. De nombreuses études se penchent sur des statistiques de naissance en fonction des phases de la Lune (Arliss et al. 2005 ; Morton-Pradhan et al. 2005 ; Staboulidou et al. 2008), et ne relèvent aucune corrélation significative.

**Se montrer prudent dans l'interprétation des faits :** Ce précepte général, qui est une des bases de la méthode expérimentale, c'est le doute; et il s'exprime en disant que la conclusion de notre raisonnement doit toujours rester dubitative quand le point de départ ou le principe n'est pas une vérité absolue (Bernard 2013).

Par exemple, le « suaire de Turin » a été daté au carbone 14 du Moyen-Âge; une interprétation faite a été de dire que le suaire avait été contaminé par le carbone récent. Sauf qu'un calcul simple<fnref n="28" /> montre qu'il aurait fallu une masse de carbone de plusieurs fois la masse du suaire pour fausser les mesures.

**La nature est sûre :** on n'a pas besoin de croire en la gravitation pour en observer les effets!

**Principe de parcimonie :** entre diverses explications possibles, celle qui est la plus vraisemblable, la plus simple est préférée. On parle encore de rasoir d'Ockham. Ce n'est pas un théorème, ce n'est pas une pierre angulaire de la méthode scientifique, mais simplement un principe de simplicité ou d'économie.

**Une théorie scientifique est testable, réfutable.**

**Le bizarre, l'improbable... est probable !** Des événements inhabituels sont en fait probables sur un laps de temps important et/ou sur un nombre important de cas.

**L'erreur est humaine, mais pas en permanence :** même un astrologue sans aucun pouvoir fera nécessairement, de temps en temps, des prédictions justes.

**La compétence réelle de l'informateur est fondamentale :** la personne qui affirme quelque chose le fait-elle dans son domaine de compétence ? Le corollaire est l'argument d'autorité qui fait que l'on fait confiance à une argumentation en fonction de son origine plutôt qu'en fonction de son contenu. Les médias font régulièrement appel à des experts pour avoir des avis circonstanciés. Il faut simplement faire attention au champ de compétence des experts en question. Un géophysicien fameux qui nie le réchauffement climatique sur un plateau télé est loin de ses compétences, il utilise l'argument d'autorité pour assoir son idéologie.

**Effet boule de neige :** accumuler les détails dans un récit de n-ième main...

<footnote n="28">28. Voir : http://www.unice.fr/zetetique/articles/HB_suaire_C14.html.</footnote>
**Effet bipède** : prendre l'effet pour la cause – *l'existence des pantalons prouve que Dieu a voulu que nous soyons des bipèdes*. Par exemple, d'après le créationnisme, certains phénomènes vivants sont si bien conçus et si complexes qu'il est impossible qu'ils se soient produits naturellement, par hasard, sans un concepteur intelligent; donc ce concepteur existe nécessairement <fnref n="29" />. On le nomme également effet Pangloss ou raisonnement panglossien, c'est le raisonnement à rebours.

**Effet petits ruisseaux** : les petits oublis (ou erreurs) permettent des grandes théories...

Par exemple pour le 11 septembre 2001 : des incendies dans des gratte-ciels de structure totalement différente ont été utilisés pour « démontrer » que les tours n'auraient pas dû s'effondrer... Bien sûr, on oublie de dire à chaque fois que des structures en béton armé résistent bien mieux en cas d'incendie que des structures en acier.

Autre exemple, la loi de Titius-Bode en astronomie : énoncer une loi générale à partir de données peu fiables ou peu nombreuses : distance des planètes du Système solaire = $d = 4+3 \times 2^n$ où $d$ est la distance en dixième d'unité astronomique, $n$ vaut $-\infty$ pour Mercure, 1, 2, 3, 4 et 5 pour les planètes suivantes... Cependant ce calcul n'est plus valide pour Uranus, Neptune... Il n'y a pas de fondement physique, c'est un artefact numérique.

À propos de la théorie d'Yves Rocard sur la sourcellerie : les expériences sont mal faites, les données sont manipulées *a posteriori* pour coller aux idées préconçues...

**Effet cerceau** : admettre au départ ce que l'on va ensuite prouver (raisonnement circulaire).

**Effet puits** ou effet Barnum : faire un discours profond – creux – est efficace : il a été montré que le pouvoir persuasif de déclarations totalement vagues et générales était supérieur aux descriptions pourtant appropriées et précises. On retrouve cet effet un peu partout dans différentes croyances, comme l'astrologie, la graphologie, la voyance, etc. C'est lui qui fait qu'un horoscope très général donne l'impression de s'appliquer à son propre cas.

**Effet impact** : utiliser le poids des mots, la connotation. Nombre de marchands de peur utilisent un vocabulaire spécialement choisi pour choquer au-delà du raisonnable et propager des inquiétudes.

**Effet cigogne** : confondre corrélation et causalité (on a vu la population des cigognes augmenter conjointement avec celle des humains dans une région donnée... Les cigognes apporteraient-elles les nouveaux-nés?) Ce n'est pas parce que deux variables sont corrélées qu'elles ont un lien de cause à effet. Par exemple, la consommation de chocolat d'un pays est corrélée avec le nombre de ses prix Nobel (Messerli 2012) : manger du chocolat nous rendrait-il plus intelligent ou tout du moins plus apte à faire de grandes découvertes? En fait, c'est plutôt parce qu'un pays est riche qu'il consomme du chocolat et qu'il a une recherche de qualité, donc des prix Nobel... On peut trouver toutes sortes de corrélations, le site web http://www.tylervigen.com en recense un certain nombre (comme le fait que le nombre de personnes qui se noient chaque année dans une piscine est corrélé au nombre de films dans lesquels l'acteur Nicolas Cage apparaît chaque année!).

<footnote n="29">29. Différents modèles ont vu le jour au cours de l'histoire pour expliquer l'évolution des espèces. Les principaux sont :</footnote>

<footnote>→ le transformisme de Jean-Baptiste Lamarck, qui dit que les organismes s'adaptent à leur milieu;</footnote>

<footnote>→ l'évolutionnisme de Charles Darwin, qui avance que l'évolution se fait par sélection naturelle. En d'autres termes, ce sont les organismes les mieux adaptés à leur environnement, grâce à de nouvelles mutations, qui survivent et transmettent leurs gènes;</footnote>

<footnote>→ le néodarwinisme, qui conserve le concept de sélection naturelle, mais qui précise en plus que l'évolution est graduelle et que les changements évolutifs par mutation sont soit de type anagenèse (une nouvelle lignée remplace une ancienne), soit de type cladogenèse (deux nouvelles lignées se scindent à partir d'une lignée ancestrale);</footnote>

<footnote>→ les équilibres ponctués de Stephen Jay Gould et Niles Eldredge ne diffèrent du précédent modèle que sur un point : les espèces évolueraient lors de périodes ponctuelles séparées par des périodes stagnantes, et non de manière graduelle.</footnote>
<figure><img src="image_18.png" /></figure>

**FIGURE 1.7** – Illustration de la corrélation entre le taux de CO₂ dans l'atmosphère et l'espérance de vie. (a) L'espérance de vie à la naissance en France pour les hommes (en bleu) et pour les femmes (en rouge), en fonction de la fraction de gaz carbonique mesurée au Mauna Loa. (b) Concentration en gaz carbonique mesurée chaque année à l'observatoire du Mauna Loa (Hawaï). (c) Espérance de vie à la naissance en France pour les hommes (en bleu) et pour les femmes (en rouge).

Autre exemple : le CO₂ dans l'atmosphère serait-il bénéfique pour la santé (figure 1.7)? Les deux croissent avec le temps, mais pour des raisons différentes : les progrès de la médecine et de l'hygiène pour l'un, les rejets de gaz carbonique dus à la combustion des énergies fossiles pour l'autre.

**Effet paillasson** : faire un choix trompeur des mots utilisés. (« *Des* scientifiques disent que… » se transforme quelquefois en « *Les* scientifiques disent que… »; un petit changement d'une lettre qui modifie en fait profondément le sens…). Cet effet est largement utilisé dans les mé-dias : souvent le conditionnel de la science s'y transforme en certitude.

## 1.3 Internet

### 1.3.1 Qu'est-ce qu'internet ?

Internet tel que nous le connaissons est un outil formidable qui a vu le jour au CERN en 1989 (World Wide Web, pages en HTML, URL et protocole HTTP… standards développés par des informaticiens du CERN, Tim Berners-Lee et Robert Cailliau) suite à des développements depuis les années 1960, notamment ARPANET (1969), le premier réseau, développé au départ pour faciliter les communications entre chercheur-euse-s.
Il s'agit d'un vaste réseau informatique sans centre névralgique composé d'une multitude de sous-réseaux, publics ou privés, autonomes. Le « web » n'est qu'une application d'internet, il y a aussi le courrier électronique, les communications instantanées, le *peer-to-peer...* La communication sur internet se fait par paquets qui sont transmis séparément. Les données à transmettre (texte, images, son, vidéo...) sont ainsi découpées en « paquets » contenant un entête avec les informations nécessaires pour acheminer et reconstituer les données.

Un réseau informatique est un ensemble d'équipements (ordinateurs, imprimantes, objets connectés, routeurs <fnref n="30" />, serveurs <fnref n="31" /> reliés physiquement entre eux – directement ou non – par l'intermédiaire de câbles dans lesquels circulent des signaux électriques (ondes électromagnétiques), d'ondes électromagnétiques micro-ondes (wi-fi) ou de fibres optiques dans lesquelles circulent des ondes électromagnétiques lumineuses.

En 1993 apparaît le premier navigateur web avec images et interactivité, Mosaic. En 1994, le premier moteur de recherche, Lycos, puis Altavista en 1994. Supplantés par Google en 1998. Wikipédia arrive en 2001, Facebook en 2004.

1.3.2 Diffusion du savoir

La propagation du savoir s'est d'abord faite oralement, puis par l'écriture manuscrite sur divers supports (rouleaux de papyrus, –5000 ans, puis de parchemin, –200 ans av. J.-C.). Le codex, ancêtre du livre actuel, apparaît à la fin de l'Antiquité (vers le IIIe siècle). Le papier, inventé en Chine un peu avant J.-C., remplace progressivement le parchemin en occident à partir du VIIIe siècle. La révolution arrive vers 1450 avec la possibilité de reproduire les livres en plusieurs exemplaires par l'imprimerie mise au point par Gutenberg. Le savoir se propage en parallèle par l'éducation, de l'école à l'université. Désormais, internet (depuis le début des années 1990) s'est ajouté à l'équation. L'accessibilité au savoir pourrait être un enjeu fondamental de notre avenir démocratique.

L'introduction du rapport de l'UNESCO de 2005, *Vers les sociétés du savoir*, stipule :

> À présent, la diffusion des nouvelles technologies et l'avènement de l'internet comme réseau public paraissent ouvrir de nouvelles chances pour élargir cet espace public du savoir. Serions-nous désormais dotés des moyens qui permettraient un accès égal et universel à la connaissance, et un authentique partage ? Celui-ci devrait alors être la clé de voûte de véritables sociétés du savoir qui soient source d'un développement humain et durable.
> (UNESCO 2005, p. 17)

Pour accéder à ce programme, il faut en premier réduire la « fracture numérique » c'est-à-dire l'inégalité d'accès aux sources du savoir, donc internet. Le même rapport (UNESCO 2005, p. 47) précise : *La transformation d'une information en savoir suppose un travail de réflexion. En tant que telle une information n'est qu'une donnée brute, la matière première de l'élaboration du savoir.* Car les processus de diffusion de l'information, en particulier sur internet, ne sont pas tous sélectifs ni « digérés », ce qui pose un certain nombre de problèmes.

L'avènement d'internet engendre effectivement un *libéralisme cognitif* (Bronner 2011) : les produits du savoir ne subissent pas de taxation ou d'interdiction étatique (démocratie) ; cela est rendu possible par les innovations technologiques (internet en est la manifestation emblématique).

<footnote n="30">30. Un routeur est un appareil permettant aux « paquets » d'être acheminés vers leur destination.</footnote>

<footnote n="31">31. Un serveur est un appareil fournissant des services à des clients, comme le stockage de pages web, de bases de données, de courriers électroniques...</footnote>
<figure><img src="image_19.png" /></figure>

**FIGURE 1.8** – Évolution du nombre d'internautes (en milliards) dans le monde en fonction du temps. Un utilisateur d'internet ou internaute est défini par l'Union Internationale des Télécommunications comme toute personne ayant accédé à internet depuis n'importe quel endroit au cours des trois derniers mois. Cela peut se faire à partir de n'importe quel type d'appareil connecté (ordinateur, téléphone mobile, console de jeux, télévision numérique, etc.).

### 1.3.3 Internet comme support du savoir

L'accès à internet dans le monde croît très rapidement (figure 1.8) : en 2015, 3 milliards d'internautes, soit 42 % de la population ; en 2020, 4,7 milliards d'internautes, soit 59 % de la population <fnref n="32" /> : plus de la moitié de la population est connectée <fnref n="33" /> ! Ce qui se traduit par un recul des autres supports de l'information (journaux, radios, télévisions).

#### Est-ce un problème ?

Quand j'ai écrit ce cours en 2014 et la première version de ce document en 2018, la partie sur internet provenait de l'ouvrage du sociologue Gérald Bronner (Bronner 2013), qui proposait une explication séduisante à la propagation irraisonnée des croyances diverses et variées à une époque où la science et la technologie dominent la société. Cette thèse avançait qu'internet permettant un déploiement exponentiel de la quantité d'information disponible, celle-ci serait forcément, en moyenne, de moindre qualité. Comme tout un chacun peut publier ses élucubrations très facilement sur la toile, il n'y a pas de vérification *a priori* de la véracité de ces informations. Comme les tenanciers de croyances diverses ont du temps et de la motivation pour partager leurs connaissances, ils le font, et provoquent ainsi de nombreuses adhésions à leurs idées. Idées qui sont en général séduisantes pour l'esprit, car elles demandent un effort cognitif relativement faible pour être comprises. Cette « théorie » de Gérald Bronner m'a instantanément séduit, je l'ai intégrée à mon cours. Pourtant, elle reste une théorie, elle n'est pas prouvée, cela peut être une explication mais qui semble désormais très minoritaire par rapport à d'autres (Attard 2021).

#### Vérification de l'information

Le contrôle de l'information se fait *a posteriori* sur internet (Wikipédia, etc.) contrairement aux médias traditionnels où elle est contrôlée *a priori*. Mais conformément à la méthode de production de la science, où le contrôle est fait *a posteriori* par les pairs.

Sur internet tout un chacun peut publier ce qu'il souhaite : partage de connaissances, d'idéologies, etc. La vérification n'est généralement pas possible compte tenu de la quantité

<footnote n="32">32. Par ailleurs estimée à 8,011 milliards en janvier 2023. Voir http://www.worldometers.info/fr/population-mondiale/.</footnote>

<footnote n="33">33. Source : https://ourworldindata.org/internet</footnote>
d'information. C'est notamment vrai dans le domaine de la vulgarisation scientifique, où des vulgarisateurs « amateurs », sans forcément avoir été formés à la science et à la méthode scientifique ouvrent blogs et chaînes de vidéo pour raconter la science. Ce qui était le pré carré des journalistes scientifiques auparavant est devenu ouvert grâce au web. Avec des avantages (certains vulgarisateurs sont très bons et permettent au public de mieux comprendre la science) et des inconvénients (le manque de méthode peut faire dire ou écrire des choses, qui peuvent être graves selon le domaine scientifique). Ainsi Foucart et al. (2020) et Andreotti & Noûs (2020), entre autres, pointent un dévoiement d'une partie de cette vulgarisation au profit savamment calculé de « marchands de doute » <fnref n="34" />, sur certains sujets ayant trait à des problématiques environnementales, notamment. Il faut donc choisir avec soin les vulgarisateurs de la toile, et ce n'est pas forcément un choix facile à effectuer. En revanche, les journalistes scientifiques et savamment formés pour cela, restent une valeur sûre.

## L'exemple de Wikipédia

Cette encyclopédie participative est assez incroyable : je la consulte presque quotidienne-ment, et c'est souvent le point de départ que j'utilise pour découvrir un sujet, les références et les liens sont souvent utiles et pertinents pour aller plus loin <fnref n="35" />. Même pour les cours que je dois faire à l'université, Wikipédia s'avère un outil très utile. Pourtant il a longtemps été décrié dans le milieu universitaire <fnref n="36" />.

Et même encore maintenant, on peine à le citer dans les outils encyclopédiques de base pour réaliser une bibliographie. Mais un système encyclopédique basé sur « la revue par le public », c'est-à-dire un système d'auto-correction des erreurs basé sur celui de la science (revue par les pairs), a pourtant tout pour plaire. De fait (Cummings 2020) : *La connaissance évaluée par les pairs est le moteur de croissance de la compréhension humaine, avec une profondeur presque illimitée, mais la connaissance évaluée par le public fournit le point d'entrée à cette profondeur pour le plus grand nombre de personnes. Les connaissances évaluées par le public tentent de traduire, d'interpréter et de contextualiser les connaissances évaluées par les pairs pour les masses.* Il faut évidemment, évaluer les forces et les faiblesses d'un tel système (tout comme la revue par les pairs de la production scientifique)!

Prenons deux exemples. D'une part l'article « homéopathie » de Wikipédia <fnref n="37" /> est exhaustif, il traite non seulement de l'histoire du concept mais aussi de son manque d'efficacité validé par des études scientifiques. Le même article « homéopathie » sur l'encyclopédie Universalis <fnref n="38" /> est rédigé par un unique auteur, historien, qui écrit dans l'introduction : *Traiter sereinement de l'homéopathie n'est pas chose aisée, tant elle est et a été l'objet de controverses. Pour les uns, elle n'est qu'une tromperie, au mieux un usage de placebo* <fnref n="39" /> qui ne mérite pas le nom de médecine, et doit être reléguée au rang des rites conjuratoires. Pour les autres, elle est une médecine efficace, sans effets secondaires, qui prend en compte l'individu dans sa globalité et son individualité. Ce relativisme n'est pas tolérable dans une encyclopédie qui se veut objective. La revue par le public de la page

<footnote n="34">34. De nombreuses études ont trait à ces marchands de doute que l'on regroupe sous le terme d'agnotologie (voir : https://fr.wikipedia.org/wiki/Agnotologie).</footnote>

<footnote n="35">35. Voir par exemple : http://www.questiondebonsens.uquebec.ca/wikipedia_pourquoi.html</footnote>

<footnote n="36">36. http://www.francoisguite.com/2008/05/des-professeurs-duniversite-utilisent-wikipedia/</footnote>

<footnote n="37">37. https://fr.wikipedia.org/wiki/Homéopathie</footnote>

<footnote n="38">38. https://www.universalis.fr/encyclopedie/homeopathie/</footnote>

<footnote n="39">39. L'effet placebo est un procédé thérapeutique n'ayant pas d'efficacité propre mais agissant néanmoins par des processus psychologiques. Dans le cas d'un médicament, celui-ci ne contient pas de principe actif. Il est utilisé en recherche médicale pour les groupes contrôles pour tester l'efficacité de nouveaux médicaments. Il est néanmoins remis en question par certaines études récentes, comme celle de Hróbjartsson & Gøtzsche (2010) qui conclut : *Nous n'avons globalement identifié aucun effet clinique important associé aux interventions placebos. Néanmoins, dans certains contextes, les interventions placebos peuvent avoir un impact sur les résultats rapportés par les patients, en particulier la douleur et les nausées, mais il est difficile de distinguer les effets rapportés par les patients d'un éventuel biais de notification. Les effets sur la douleur variaient (négligeables à cliniquement importants), y compris parmi les essais présentant un faible risque de biais. La variabilité des effets du placebo pouvait s'expliquer en partie par les variations observées en termes de mise en œuvre des essais et d'information des patients.*</footnote>
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>**FIGURE 1.9** – Évolution de la quantité d'information disponible dans le monde, avec la part de l'analogique et du numérique. Données : Hilbert & López (2011). Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

Wikipédia permet ainsi d'aboutir à une connaissance beaucoup plus objective et référencée, dans ce cas, tout au moins, que pour l'encyclopédie classique.

Le deuxième exemple concerne la présence de notices bibliographiques de personnalités fictives 40, des canulars, en somme. Ainsi la page du militaire et explorateur de Jean-Noël Savelli 41 (1853-1917) en est un exemple. Cette page a été créée en octobre 2006 42, en avril 2013, une référence bibliographique apparaît, un obscur volume référencé par Gallica 43, dans lequel je ne parviens pas à trouver le nom de Savelli. Le nom n'apparaît pas dans les promotions de l'École Navale de Brest 44; il y a bien une rue Charles-Marie Savelli 45 à L'Île-Rousse, mais ce n'est pas le bon prénom... La véracité de l'existence de ce fameux Jean-Noël Savelli sent le roussi tant les erreurs (volontaires?) sur sa biographie sont importantes! Des recherches plus poussées pourraient permettre d'établir la nature exacte de ce personnage (fictif ou pas ?). Le processus de revue n'a pas encore fait son œuvre!

<footnote n="40">40. Voir aussi : https://en.wikipedia.org/wiki/Reliability_of_Wikipedia#False_biographical_information</footnote>

<footnote n="41">41. https://fr.wikipedia.org/wiki/Jean-Noël_Savelli</footnote>

<footnote n="42">42. https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Jean-Noël_Savelli&action=history</footnote>

<footnote n="43">43. https://gallica.bnf.fr</footnote>

<footnote n="44">44. http://ecole.nav.traditions.free.fr/promotions.htm</footnote>

<footnote n="45">45. https://www.qwant.com/maps/place/street:osm:way:244263570?client=search-ia-maps-address</footnote>
<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**FIGURE 1.10** – Évolution passée et prévisionnelle de la taille de la sphère des données globales (le volume de données créées et répliquées est exprimé en zétabytes – Zb). Données : © IDC (https://www.idc.com), Worldwide IDC Global DataSphere Forecast, 2022-2026 : Enterprise Organizations Driving Most of the Data Growth (IDC US49018922, May 2022). Voir aussi Reinsel *et al*. (2018).</figcaption></figure>

### 1.3.4 Le biais de confirmation

Il désigne la tendance naturelle qu'ont les personnes à privilégier les informations qui confirment leurs idées préconçues ou leurs hypothèses (sans considération pour l'authenticité de ces informations) et/ou d'accorder moins de poids aux hypothèses jouant en défaveur de leurs conceptions. Le biais de confirmation est sans doute déterminant dans les processus qui pérennisent les croyances.

### 1.3.5 Le marché de l'information

La quantité d'information (figure 1.9) produite sur notre planète en cinq ans, au tournant du XXIe siècle, a été quantitativement supérieure à l'ensemble de l'information imprimée 46 depuis

Gutenberg (1450) (à savoir quelques exaoctets – 1 Eo = $10^9$ Go) (Siméon 2012).

En 2018, la quantité de données produite était estimée à 33 zettaoctets 47 (Reinsel *et al.* 2018) (figure 1.10). En 2020, nous produisons 2,5 exaoctets de données chaque jour. En deux jours nous produisons autant de données que tout ce qui a été produit entre le début de la culture humaine et 2003! Ce qui fait environ 1 zettaoctet par an... Et cette quantité croît !

Ces données sont diverses et variées, les mails que nous échangeons, les images et vidéos postées sur internet, mais aussi les données issues de capteurs en tous genres (météo, climat, caméras de surveillance...), les échanges sur les réseaux sociaux, etc.

Au passage, la science est une grande génératrice de données (télescopes, accélérateurs de particules, capteurs du climat et de la météo, mais aussi simulations numériques). Par exemple l'observatoire Vera Rubin va produire environ 20 téraoctets de données chaque nuit (soit l'équivalent de 20 disques durs de 2018, et ce pendant 10 ans entre 2023 et 2033. Donc 60 pétaoctets au total! Évidemment, d'ici là, à côté de tout le reste, cela semblera ridicule. Jusqu'à il y a peu,

<footnote n="46">46. Le nombre de livres ayant été imprimés a été estimé en 2010 à 130 millions (voir par exemple : https://mashable.com/2010/08/05/number-of-books-in-the-world). Une page imprimée recèle environ 2 ko d'information (texte et image). Le nombre de page moyen d'un livre est estimé à 200. Soit 400 ko, en moyenne, par livre. Ainsi, l'ensemble des livres imprimés représente environ 50 To de données.</footnote>

<footnote n="47">47. zetta est le préfixe pour $10^{21}$, donc 1 Zo correspond à $10^{21}$ o soit $10^9$ To, donc un milliard de disques durs de taille actuelle (2018); exa (E) est le préfixe pour $10^{18}$; péta (P) est le préfixe pour $10^{15}$.</footnote>
<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>**FIGURE 1.11** – Illustration du PageRank. Source : Wikipédia, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PageRank-hi-res.jpg. CC BY-SA.</figcaption></figure>

la science générait les plus grosses quantités de données (accélérateur LHC et expériences de physique des particules, par exemple), mais la notion de « big data » est en train de s'écouler depuis la sphère scientifique vers la société.

### 1.3.6 Recherche d'information sur internet

Pour rechercher de l'information sur internet, on utilise un « moteur de recherche » qui est une application web permettant de trouver une page web à partir d'une requête sous forme de mots-clés. Actuellement le monopole des recherches sur internet est détenu par Google (90 % des recherches en France en mai 2017 48). Il existe néanmoins des alternatives 49.

**Comment fonctionne un moteur de recherche ?**

Le principe de base est qu'un certain nombre de logiciels sont dédiés au parcours systématique du web en suivant récursivement les liens, afin d'indexer le contenu des pages web, dans de grandes bases de données, par l'intermédiaire de « mots-clés ». Enfin, un algorithme de recherche permet à partir de mots-clés tapés par l'utilisateur d'affiner les résultats retournés par ces vastes bases de données.

Par exemple, Google utilise une mesure de la popularité d'une page web pour améliorer les performances de son algorithme de recherche. Il s'agit du *PageRank* : chaque site est noté en fonction de sa popularité (mesure établie à partir du nombre de liens pointant vers le site, liens pondérés par la popularité des sites dont ils sont issus) (figure 1.11).

Un site a donc d'autant plus de chances d'être visité qu'il a un *PageRank* élevé puisqu'il va arriver en tête dans les recherches effectuées par Google.

### 1.3.7 Motivation des croyants

D'après Bronner (2011).

1. Sur internet, les croyants sont généralement plus motivés que les non-croyants pour exprimer leur point de vue.

Un conspirationniste, par exemple, cherchera à retenir quelques-uns des arguments qui permettent de croire que les attentats du 11 septembre ont été fomentés par la CIA. Le non-croyant sera souvent dans une posture d'indifférence, il refusera la croyance, mais sans avoir besoin d'une autre justification que la fragilité de l'énoncé qu'il révoque.

<footnote n="48">48. Source : *Les parts de marché 2017 des moteurs de recherche en France et dans le monde* ! Vincent Brossas, 7 juin 2017, https://www.leptidigital.fr/webmarketing/seo/parts-marche-moteurs-recherche-france-monde-11049/.</footnote>

<footnote n="49">49. Voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_de_moteurs_de_recherche</footnote>
<figure><img src="image_23.png" /></figure>

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

**FIGURE 1.12** – Illustration des résultats d'un sondage analysé par Boy (2002). Degré de croyance aux para-sciences (astrologie, divination, télépathie) en fonction : (a) de l'âge et du sexe ; (b) du niveau d'études ; (c) de l'intérêt pour les sciences ; (d) des connaissances scientifiques.

2. Ceux qui seraient en mesure d'opposer des arguments robustes aux allégations des croyants n'ont pas beaucoup d'intérêt à le faire.

Par exemple, dans le cas de l'astrologie, les astronomers peuvent facilement faire la promotion de certaines des raisons qui conduisent à trouver les propositions astrologiques douteuses, mais la plupart du temps, ils ne se sentent pas plus qu'agacés par les allégations astrologiques, celles-ci ne représentent aucun danger pour eux, les combattre serait chronophage et sans intérêt institutionnel.

C'est aussi vrai pour d'autres médias qu'internet (livres, journaux...), mais internet amplifie le processus dans la mesure où il réduit considérablement les coûts de l'offre : tout le monde peut s'exprimer très facilement sur le net, c'est moins évident dans une revue ou dans un livre.

### 1.3.8 La propagation des croyances

Internet n'est probablement pas le principal vecteur des croyances, contrairement à une idée reçue.

On pourrait penser que l'éducation de tous, la transmission du savoir scientifique à l'école et à l'université est un frein essentiel à ces diffusions des *fake news* 50. Ce n'est pourtant pas si évident car il a été montré à partir de sondages auprès d'échantillons représentatifs de la population (Boy & Michelat 1986 ; Boy 2002) qu'un niveau d'études élevé ne signifiait pas être moins crédule, comme le montre la figure 1.12b. La figure 1.12 montre en outre que l'intérêt pour les sciences est corrélu positivement avec le degré de croyances dans les para-sciences (astrologie,

<footnote n="50">50. Quand j'ai démarré ce cours en 2014 le terme n'existait pas. Les *fake news* ou infox ont été popularisées en 2016 lors de l'élection de Donald Trump aux États-Unis. Depuis lors une quantité invraisemblable d'études et d'ouvrages sur cette question est parue.</footnote>
divination, télépathie). Et que seule une bonne culture scientifique permet de diminuer ce de-
gré de croyance. Une étude (parmi d'autres) américaine (Drummond & Fischhoff 2017) montre
également que sur certain sujets les croyances sont corrélées avec l'identité religieuse et/ou
politique des individus, indépendamment des connaissances et de l'éducation scientifiques.

De fait, des études récentes (Osmundsen et al. 2021 ; Attard 2021) montrent que la pola-
risation politique joue un grand rôle dans le partage des croyances sur les réseaux sociaux :
ce serait donc nos conceptions politiques qui nous incitent à partager des contenus faux ou
manifestement faux, même si les personnes sont capables de faire la différence entre le vrai et
le faux. La véracité des partages n'étant pas le critère principal sur ces réseaux. Les croyances
dans les théories farfelues (comme la Terre plate) ou les théories du complot ne tiennent que
par leur caractère hors système, ou contre le « système » ; les biais cognitifs n'ont pas forcément
un grand rôle (Attard 2021).

Une des façons, probablement, de freiner ce genre de diffusion est non seulement de trans-
mettre le « savoir » scientifique mais également d'enseigner des méthodes permettant d'aigui-
ser l'esprit critique.

1.4 Quelques croyances tenaces

1.4.1 Les effets allégués à la Lune

Plus de naissances lors de la pleine Lune ?

Une croyance populaire voudrait que le nombre de naissances soit plus important lors des
nuits de pleine Lune. Il est facile d'étudier statistiquement cet effet avec les bases de données de
naissances. De fait, certaines études semblent observer des effets marginaux observés (moins de
10 %) en fonction des phases (cependant pas de pic lors de la pleine Lune), mais qui dépendent
des bases de données utilisées, aussi grandes soient-elles ! Voir, par exemple : Caton & Wheatley
(1998); Gans & Leigh (2015).

Faut-il planter ses tomates en fonction des phases de la Lune ?

Autre croyance tenace, qui fait la fortune de certaines revues de jardinage peu scrupuleuses,
celle qui imagine que la Lune a un effet sur la croissance des plantes (Blanc 2006). Cet effet,
qui n'a jamais été observé, pourrait être soit d'origine gravitationnelle tout comme la Lune
soulève l'eau des océans lors des marées, soit d'origine lumineuse : la lumière de la pleine Lune
pourrait alors permettre la photosynthèse. En fait, la force de marée engendrée par la Lune est
proportionnelle à la taille de l'objet (pour la Terre, 12 800 km de diamètre, la marée est de 1 m
de hauteur en moyenne); pour un objet de taille métrique, la marée est indécelable. De même,
l'éclairement de la pleine Lune est d'environ 2 mW/m²; or la photosynthèse nécessite 10 000
fois plus de lumière pour se faire... Aucune « expérience » ne montre d'effet significatif (voir
par exemple Dorion & Mouchotte 2012).

Peut-on prendre un « coup de Lune » ?

La quantité de lumière issue de la Lune, qui n'est que le reflet de la lumière du Soleil,
est 1/500 000e fois celle du Soleil. L'indice UV correspondant est de 0,00002... (sachant que
l'échelle des indices UV va de 1 à 10, les indices 1 et 2 ne nécessitent aucune protection).

1.4.2 Les machines « surnuméraires »

Un moteur surnuméraire est un concept pseudo-scientifique de machine qui voudrait pro-
duire plus d'énergie qu'il n'en consomme. Or ce type d'appareil, s'il existait, violerait le prin-
cipe de conservation de l'énergie ou premier principe de la thermodynamique. Postulat en
<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>**FIGURE 1.13** – Machine à mouvement perpétuel imaginaire : gravure sur bois réalisée vers 1660, considérée comme la première tentative de représenter un tel dispositif. CC0.</figcaption></figure>

mécanique classique, on peut le démontrer à l'aide du théorème de Noether. En effet, l'invariance par translation dans le temps des lois physiques (relativité du temps), se traduit par la conservation de l'énergie. Donc une machine surnuméraire ne peut pas exister !

De même que le mouvement perpétuel (figure 1.13) ne peut pas exister : il y a toujours des frottements (mécaniques, magnétiques...) qui dissipent l'énergie : un système en mouvement soi-disant perpétuel fini toujours par s'arrêter... Même les mouvements planétaires ne sont pas perpétuels : de l'énergie est en effet dissipée par effets de marée.

### 1.4.3 L'astrologie

L'astrologie (Biraud & Zarka 1998) postule une relation entre les astres et les aptitudes, les comportements humains. Pour prouver scientifiquement une telle relation, soit on l'explique théoriquement, soit on l'observe (mesures et analyse statistique). Cette influence n'est expliquable en aucune manière, par aucune des interactions connues (gravitation, rayonnement). Si l'astrologie « marche », alors on n'a aujourd'hui pas la moindre idée de « comment ça marche ». Reste la possibilité de l'observer.

C'est aux astrologues de prouver que l'astrologie marche et non aux astronomers – ou autres scientifiques – de prouver qu'elle ne marche pas 51... Or il y a déjà de très nombreuses expériences, toutes négatives, qui tentent de prouver une telle relation.

<footnote n="51">51. Ce qui, au passage, est logiquement impossible : on ne peut pas prouver que quelque chose n'existe pas dans l'absolu. On ne peut pas prouver théoriquement l'impossibilité d'une relation entre deux phénomènes, seule la méthode statistique permet de montrer une éventuelle absence de relation (Biraud & Zarka 1998). Par exemple, je ne peux pas prouver que je ne suis pas Dieu. En revanche, si je l'étais, je pourrais le prouver, il me suffirait de faire un petit miracle.</footnote>
<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>FIGURE 1.14 – Un sourcier du XVIIIe siècle dans un livre français sur les superstitions. CC0.</figcaption></figure>

### 1.4.4 La sourcellerie

Un sourcier (figure 1.14) est une personne qui recherche (et prétend trouver!) de l'eau sou- terraine en utilisant une baguette ou un pendule.

L'efficacité des sourciers n'a jamais pu être démontrée scientifiquement, des expériences réalisées dans des conditions rigoureuses, dites « en double aveugle », ont montré que les sour- ciers ne faisaient pas mieux qu'un choix au hasard...

#### Expérience en « double aveugle »

Dans les domaines où l'humain intervient (comme en médecine, sociologie...) dans toute sa complexité et sa diversité, on prend ce paramètre en compte dans les expériences et les études : deux groupes sont constitués (avec chacun le ou les sourciers et le ou les techniciens indiquant le protocole à suivre), par exemple l'un avec une source d'eau cachée à proximité (groupe test), l'autre sans source (groupe contrôle), mais ni les sourciers ni les techniciens ne savent dans quel groupe ils sont. La levée du voile n'est faite qu'après le traitement statistique des données. Il s'agit ainsi d'une expérience en « double aveugle » : ni les cobayes ni les techniciens ne savent s'ils sont dans le groupe test ou dans le groupe de contrôle.

### 1.4.5 Expérimenter la validité d'une pseudo-science/croyance

De nombreuses expériences prétendant montrer tel ou tel effet (astrologie, sourcellerie, mais aussi dangerosité des ondes de la téléphonie mobile, de vivre à proximité des centrales nucléaires, des OGM, etc.) ne respectent pas toujours les conditions fondamentales de rigueur pour garantir la validité scientifique de l'analyse des résultats (Biraud & Zarka 1998) :

1. définir rigoureusement le protocole expérimental avant l'expérience et s'y tenir;

2. vérifier le caractère significatif des résultats obtenus (tests de confiance, analyse des biais possibles, etc.);

3. s'engager à publier tous les résultats obtenus, clairement et sous contrôle.
# 1.5 Le principe de précaution

## 1.5.1 Danger et risque

Il y a de nombreuses façons de définir la notion de risque selon le domaine (scientifique, judique, etc.) dans lequel on se place. Nous adopterons les définitions suivantes, qui distinguent la notion de danger de celle de risque :

**Danger** : la façon dont un objet, une substance ou une situation est susceptible de causer du dommage (à une personne, à un bâtiment, à l'environnement...). C'est, par exemple, un produit toxique dans une usine, un manteau de neige instable en montagne, etc.

**Exposition** : la présence d'une victime potentielle et son éloignement par rapport au danger déterminent le niveau du risque.

**Risque** : la combinaison entre la probabilité que des effets dommageables surviennent réellement et la gravité de leurs conséquences réelles.

On peut résumer lapidairement :

$$ \text{Risque} = \text{fonction} (\text{Danger}, \text{Exposition}, \text{Gravité}) $$

Si l'exposition est nulle, malgré un danger qui peut être important, alors le risque encouru sera nul. Un exemple est illustré à la figure 1.15.

Autre exemple : en montagne, l'hiver, le danger d'avalanche de neige guette l'alpiniste. Si celui-ci reste chez lui, le danger subsiste mais l'exposition est nulle. S'il s'aventure en montagne dans ces conditions, il s'expose au danger. Mais il peut maîtriser le risque qu'il prend en limitant son exposition s'il peut connaître les pentes dangereuses, en renonçant à celles-ci. Ou bien en limitant la gravité d'un accident (dommage) en s'équipant du matériel adéquat (détecteur de victime d'avalanche, pelle, sonde, moyen de communication, etc.).

De façon plus mathématique (mais sommaire), on peut définir le risque r comme la conséquence (ou la gravité) C d'un événement multiplié par la probabilité d'occurrence p de cet événement.

$$ r = p \times C $$

L'estimation des risques<fnref n="52" /> a beaucoup d'importance dans différents domaines : travail, assurance, société (risque sanitaire, environnemental), etc. Il n'est pas toujours facile de les évaluer de manière quantitative correctement.

## 1.5.2 Le principe de précaution

Cette section est basée en grande partie sur Bronner & Géhin (2008).

Considérons trois notions indispensables et complémentaires (d'après Wikipédia : principe de précaution <fnref n="53" />).

<footnote n="52">52. Voir : https://fr.wikipedia.org/wiki/évaluation_des_risques</footnote>

<footnote n="53">53. https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_de_précaution</footnote>
<figure><img src="image_29.png" /></figure>

**FIGURE 1.15** – Illustration de la différence entre danger et risque : observer des requins nager depuis le bord ne présente aucun risque (mais le danger est présent), tandis que nager au milieu des requins est risqué. Source : https://www.efsa.europa.eu/. © Autorité européenne de sécurité des aliments.

La prudence vise les risques avérés, ceux dont l'existence est démontrée ou suffisamment connue, de façon empirique, pour que l'on puisse en estimer la fréquence d'occurrence. Le fait d'être probabilisable rend le risque assurable. Exemples : l'utilisation de produits tels que l'amiante, jouer à la roulette russe, la consommation de vins et autres alcools, la cigarette.

La prévention vise les risques avérés, ceux dont l'existence est démontrée ou connue empiriquement sans toutefois qu'on puisse en estimer la fréquence d'occurrence. Exemples : le risque nucléaire, le risque de rupture de barrage. L'incertitude ne porte pas sur le risque, mais sur sa probabilité de réalisation. L'absence de probabilités rend le risque inassurable par l'industrie classique de l'assurance.

La précaution vise les risques dont ni l'ampleur ni la probabilité d'occurrence ne peuvent être calculées avec certitude, compte tenu des connaissances du moment. Exemples : les organismes génétiquement modifiés, les émissions électromagnétiques des téléphones portables, la robotique, le génie génétique, les nanotechnologies.

Au-delà d'un principe philosophique, le principe de précaution autorise les pouvoirs publics à prendre les mesures nécessaires pour faire face à des risques éventuels, alors même que l'on ne dispose pas des connaissances scientifiques nécessaires pour en établir l'existence (Larrère & Larrère 2001). Il est donc passé de statut philosophique à statut juridique. En effet, la Charte de l'Environnement inscrite dans la Constitution Française en 2005 stipule que : *l'absence de certitudes, compte tenu des connaissances scientifiques et techniques du moment, ne doit pas retarder l'adoption de mesures effectives et proportionnées visant à prévenir un risque de dommages graves et irréversibles à l'environnement à un coût économiquement acceptable*. Ce principe applicable à l'environnement s'étend également à la santé publique et à la sécurité alimentaire (sang contaminé, « vache folle », etc.).

D'après Larrère & Larrère (2001),

[…] ce qui différencie la prévention de la précaution, c'est que la première relève d'un calcul d'optimisation en avenir incertain, quand la seconde est une procédure de décision en avenir controversé. Les risques auxquels s'applique le principe de précaution n'étant pas prouvés, leur présomption même est sujette à caution. Le principe de précaution revient à suspendre la décision d'introduire une innovation (ou à l'encadrer de mesures préventives dont on ne sait pas encore si elles seront nécessaires), le temps de réduire l'incertitude concernant l'existence d'un risque et de l'évaluer. Or, ce temps est aussi celui de laisser se développer, et se résoudre, les controverses scientifiques concernant les risques encourus. Le principe de précaution n'est donc pas un outil d'aide à la décision. Son objet est d'inviter la recherche scientifique à réduire l'incertitude, son ambition d'articuler science et politique en prenant acte de la diversité des régimes de la rationalité.
De fait, la société recherche un « risque zéro », c'est-à-dire une absence totale de risque, que ni la science ni la technologie ne peuvent garantir (les bénéfices sont souvent exclus du débat). Ce principe est ainsi souvent invoqué devant certaines avancées technologiques (OGM, ondes électromagnétiques de la téléphonie mobile, nucléaire, vaccination, agriculture...) et peut constituer une entrave à l'innovation et à l'accumulation de connaissances.

### 1.5.3 Mathématisation du principe de précaution

On peut quantifier le compromis entre les bénéfices B d'une innovation et les coûts C asso- ciés (qui peuvent être de divers ordres : financiers, humains, etc.) comme le fait que :

$$ (p_1 \times B) + (p_2 \times C) > 0 $$

avec :

$B > 0$ = bénéfices de l'application d'une innovation;

$p_1 > 0$ = probabilité que cette application tienne ses promesses;

$C < 0$ = coût de l'innovation;

$p_2 > 0$ = probabilité que ce que l'on craint se réalise.

#### Un exemple intéressant

Dans leur livre *L'inquiétant principe de précaution*, Gérald Bronner et Étienne Géhin (Bronner & Géhin 2008) reviennent sur l'entrave que représente le principe de précaution insti- tutionnalisé pour l'innovation. À propos de la balance entre bénéfice et coût d'une innovation, ils prennent l'exemple de l'aspartame (pp. 47-48) :

Prenons par exemple, le cas de l'aspartame. Il s'agit de l'ester méthylique d'un dipeptide, molécule constituée de l'association de deux acides aminés. C'est une substance non nutri- tive qui a une saveur sucrée 200 fois supérieure à celle du sucre. On doit sa découverte à un hasard expérimental survenu en 1965. Les avantages que présentent cette substance sont évidents. Pourtant, certaines voix ont commencé à s'élever pour dire que garder la ligne était un objectif louable mais qu'en l'occurrence le prix à payer serait exorbitant. En effet une étude italienne<fnref n="54" /> prétendait avoir montré que la consommation de ce produit pouvait favoriser l'apparition de tumeur cancéreuse chez le rat. Dans ces conditions, la conclusion que l'on devait tirer de la formule $(p_1 \times B) + (p_2 \times C)$ s'imposait. Ainsi, même si l'on pouvait accorder à coup sûr $(p_1)$ que l'aspartame nous permettait de consommer moins de sucre (B), ce qui peut être considéré, en moyenne, comme bénéfique pour la santé, on craignait $(p_2)$ que celui-ci soit cancérigène (C). Il paraissait donc évident que le coût exorbitant ren- dait parfaitement anecdotiques les avantages attendus du produit. [...] Il se trouve que cette expérimentation italienne fut invalidée par la communauté scientifique, notamment par l'AESA (Agence Européenne de Sécurité des Aliments), parce que les biais du protocole étaient si importants qu'ils interdisaient de prendre au sérieux les résultats obtenus<fnref n="55" />. Dès lors, les termes de la formule précédente ne sont plus exactement les mêmes : $p_2$ en parti- culier pouvant être considéré comme provisoirement nul, il n'y a pas de raison de se méfier de ce produit. C'est là que l'énigme sociologique commence : malgré ce démenti unanime de la communauté des experts, et sur un sujet à propos duquel le sens commun n'a aucune compétence, il reste une suspicion concernant l'aspartame. Il n'est pas rare de rencontrer des individus qui s'abstiennent d'en consommer ou vous conseillent de ne pas le faire, avec cet argument que l'innocuité du produit ne serait pas démontrée. Internet est un outil inté- ressant pour sonder non l'état de l'opinion, mais la facilité avec laquelle on rencontre une thèse sur le marché des idées.

<footnote n="54">54. Soffriti et al. (2006), *First experimental demonstration of the multipotential carcinogenic effects of aspartame administered in the feed to Sprague-Dawley rats*, Environ Health Perspect., 114, pp. 379-385. https://doi.org/10.1289/ehp.8711.</footnote>

<footnote n="55">55. EFSA (1996), *Opinion of the Scientific Panel on food additives, flavourings, processing aids and materials in contact with food (AFC) related to a new long-term carcinogenicity study on aspartame*. EFSA-Q-2005-122, The EFSA Journal, 356, pp. 1-44. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2006.356</footnote>
<figure><img src="image_30.png" /></figure>

**FIGURE 1.16** – Le « visage de Mars » au cours du temps! Un relief martien nommé « Cydonia Mensae ». (a) Cliché pris par la sonde Viking 1 en juillet 1976. © NASA/JPL-Caltech. (b) Image par la sonde Mars Global Surveyor en 2001. CC0. (c) Image par la sonde *Mars Express* en 2006. Source : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Belgium_-_Francais/Cydonia_Le Visage_de_Mars. CC BY-SA.

J'ai présenté cet exemple dans ce cours pendant 4 ans, faisant confiance<sup>56</sup> aux auteurs du livre, notamment Gérald Bronner dont j'ai eu l'occasion de lire d'autres écrits<sup>57</sup>. Néanmoins, en rédigeant ce cours, je suis allé voir un peu plus loin, et simplement en consultant la page web correspondante de Wikipédia<sup>58</sup>, on se rend compte que la controverse persiste dans le monde académique, de nouvelles études mettent en cause l'aspartame en 2010, 2013, ou encore 2014<sup>59</sup>.

La science avance donc doucement, plus doucement que ne le voudrait la société, qui tire des conclusions erronées (dans un sens ou dans l'autre) d'études sérieuses mais partielles. Le chapitre de l'aspartame n'est probablement pas encore refermé, comme l'ont cru les auteurs du livre cité plus haut.

### 1.5.4 Biais cognitifs liés à l'estimation des risques

#### Les biais cognitifs

Les psychologues et les sociologues étudient notre façon de penser et de raisonner, il s'avère que nous sommes parfois soumis à des erreurs de traitement de de l'information, que l'on appelle « biais » (Berthet 2018). Le modèle de Kahneman (2012), stipule que nous fonctionnons avec un système cognitif relevant du réflexe et de l'intuition (système 1), et avec un système complémentaire, le système 2, de la réflexion. Faire fonctionner le système 2 demande un effort, on l'évite la plupart du temps. Et parfois, par paresse cognitive, notre système 1 court-circuite notre système 2. À ce moment-là, on parle de biais cognitif<sup>60</sup>.

Par exemple, les illusions d'optique<sup>61</sup> comme les paréidolies, qui consistent à « voir » un visage ou une forme familière dans un paysage, un rocher, un nuage, etc. L'une des plus célèbre est le visage de Mars (figure 1.16).

<footnote n="56">56. Même si la citation dans leur livre d'un site web malhonnête comme « preuve » de l'existence de scénarios alternatifs au réchauffement climatique m'a conduit à penser que tout n'était pas à prendre pour argent comptant dans cet ouvrage; sa lecture reste instructive, mais à considérer avec précaution !</footnote>

<footnote n="57">57. Par ailleurs de plus en plus controversés !</footnote>

<footnote n="58">58. https://fr.wikipedia.org/wiki/Aspartame#Controverse</footnote>

<footnote n="59">59. Voir par exemple : Fagherazzi et al. (2013), et https://presse.inserm.fr/les-boissons-light-associees-a-une-augmentation-du-risque-de-diabete-de-type-2/6541/</footnote>

<footnote n="60">60. Pour une liste de nombreux biais répertoriés et étudiés, voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Biais_cognitif.</footnote>

<footnote n="61">61. Il en existe des livres entiers; un seul exemple, éloquent, l'échiquier d'Adelson : https://fr.wikipedia.org/wiki/Échiquier_d'Adelson.</footnote>
<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**FIGURE 1.17** – Illustration du biais de confirmation : influence de la pleine Lune sur le sommeil. On peut avoir l'impression que la pleine Lune nous empêche de dormir parce que parfois, en cas d'insomnie, on constate qu'elle brille. Mais on oublie qu'on peut aussi ne pas bien dormir lorsqu'elle n'est pas pleine, ou encore dormir même si elle est pleine! Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

Un biais particulièrement important dans l'explication de la propagation des croyances est le biais de confirmation. Nous y sommes tous soumis, cela consiste à privilégier (inconsciemment) les informations qui confirment nos idées préconçues (figure 1.17).

## Sur-estimation des faibles probabilités

De nombreux travaux de psychologie montrent que nous avons tendance à sur-estimer les faibles probabilités et à sous-estimer les fortes probabilités (voir figure 1.18). Ce biais cognitif est amplifié quand ces probabilités sont associées à un risque (Blondel 2003).

On a tendance à vouloir un risque zéro, quitte à vouloir payer le prix fort pour y parvenir. D'où des coûts (financiers) déraisonnables pour la société, compte tenu des gains en matière de risque.

*Par exemple :* un nouveau processus de dépistage de l'hépatite C (cadre des dons du sang), plus efficace que les précédents, mais d'un coût sans commune mesure (l'année de vie gagnée est estimée à 55 millions d'euros à comparer avec ce qu'on investit en sécurité routière ou traitement du cancer du sein de l'ordre de 8000 euros par année de vie gagnée!), accepté par le gouvernement contre l'avis des experts, pour satisfaire l'opinion publique 62.

> L'opinion publique pèse fortement sur la décision politique, ce qui n'est pas illégitime en démocratie. La difficulté naît de ce que ses préférences ne vont pas toujours dans le sens de l'intérêt général, notamment lorsqu'elle est victime d'une erreur cognitive si répandue et si bien installée, la surestimation des faibles probabilités, que même le prestige de certains experts ne peut la contrebalancer sur le marché des idées. (Bronner & Géhin 2008, p. 60)

<footnote n="62">62. Cité par Bronner & Géhin (2008), p. 58-59; Jean-Yves Nau, *Le gouvernement renforce la sécurité transfusionnelle contre l'avis des experts*, Le Monde, 17 octobre 2000.</footnote>
<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>**FIGURE 1.18** – Courbe des probabilités perçues selon deux modèles qui permettent de quantifier la sur-évaluation des faibles probabilités et la sous-évaluation des fortes probabilités. Source : Blondel (2003). © Direction générale du Trésor.</figcaption></figure>

## Les coûts sans les bénéfices

Dans l'exemple ci-dessus,

La non-application de ce dépistage comportait, certes, des risques de contamination supérieurs pour la population des transfusés, mais elle permettait aussi de consacrer l'argent économisé à des actions de santé publique permettant de sauver des vies en plus grand nombre. (Bronner & Géhin 2008, p. 61)

Il y a une idéologie derrière ce type de décision : peu importe le coût, seul le résultat compte... De fait, on prête plus facilement attention à une perte qu'à un gain de valeur équivalente. On a ainsi tendance à se focaliser sur un seul aspect du problème, à savoir les coûts, en l'oubliant l'autre partie, les bénéfices. Et donc le débat public est biaisé!

## Décisions humaines face à l'incertitude

Dans une situation d'incertitude, de choix risqué, la théorie de l'utilité espérée développée en 1944 par Von Neumann & Morgenstern (1944) stipule que nous opérons un choix en calculant les probabilités d'occurrence des principaux choix disponibles, et en maximisant une valeur attendue, rationnelle, l'utilité. Pourtant, les humains ne se comportent généralement pas de manière rationnelle (Kahneman 2012). Des émotions comme la peur peuvent ainsi avoir une grande importance dans nos décisions (Chanel et al. 2020). Il convient donc d'en tenir compte dans certains arbitrages.

## La perception des risques

Pour les raisons évoquées jusque-là, l'idée que nous nous faisons d'un risque (sanitaire, environnemental, etc.) est souvent distordue par notre cerveau qui biaise notre perception.
<figure><img src="image_33.png" /></figure>

**FIGURE 1.19** – La perception des risques pour la santé par le public canadien selon les différences entre le public et les experts. Les valeurs positives représentent une perception plus élevée des risques par le public; les valeurs négatives représentent une perception plus élevée des risques par les experts.
Données : Krewski *et al.* (2012).

Il est possible d'essayer de quantifier l'écart entre notre perception et une réalité plus objective, comme la perception d'experts (figure 1.19, voir aussi Fiolet 2019).

1.5.5 La responsabilité des médias professionnels

Il existe de nombreux exemples d'études réalisées par des scientifiques ou des associations (publiées ou pas dans des revues à comité de lecture), qui prétendent avoir découvert ou estimé un « risque » (souvent pour l'environnement ou la santé) lié à telle ou telle technologie (OGM, vaccins, nucléaire, ondes électromagnétiques...). La peur faisant vendre, les médias (presse, télé, radio...) s'empressent de publier le communiqué correspondant et de disserter *ad infinitum* sur le sujet (sans forcément aller lire le papier (scientifique) lui-même, d'ailleurs). Or, quand il se trouve que l'étude scientifique en question ne respectait pas certaines règles rigoureuses de la démarche scientifique, et/ou qu'elle n'est pas reproductible par les pairs, un démenti est publié dans la même revue. Mais la quasi-totalité du temps, celui-ci passe inaperçu dans les médias. Résultat, la population reste convaincue que les OGM provoquent le cancer (voir, par exemple, Huet 2018), que vivre à côté d'une ligne THT rend malade (Gouhier *et al.* 2008), que certains vaccins donnent des maladies graves 63, etc.

Depuis quelques années les médias se dotent de cellules pour traquer les fausses informations 64. On peut citer Les Décodeurs au Monde 65, Vrai ou Fake de France Info 66 ou encore Check News de Libération 67.

<footnote n="63">63. Voir : http://blogs.univ-poitiers.fr/n-yeganefar/2013/03/10/vaccination-consequences-funestes-de-la-peur/</footnote>

<footnote n="64">64. Voir une liste ici : https://www.leprogres.fr/societe/2020/04/08/cinq-sites-pour-vous-aider-a-demasquer-les-fake-news</footnote>

<footnote n="65">65. https://www.lemonde.fr/les-decodeurs/</footnote>

<footnote n="66">66. https://www.francetvinfo.fr/vrai-ou-fake/</footnote>

<footnote n="67">67. https://www.liberation.fr/checknews/</footnote>
Si les *fake news* semblent sous contrôle au moins des principaux médias, qu'en est-il de sujets comme le réchauffement climatique ? La couverture médiatique de cette catastrophe en cours n'est actuellement pas à la hauteur des enjeux de compréhension et d'action <fnref n="68" />. Les événements climatiques dus au réchauffement ne sont généralement pas traités comme dramatiques (notamment pour les canicules <fnref n="69" />), ce qu'ils sont, ou comme ayant un lien direct avec le réchauffement (comme les tempêtes et les inondations).

Néanmoins, les journalistes et les médias commencent à prendre conscience de leur rôle fondamental pour la diffusion des connaissances <fnref n="70" />.

### 1.5.6 Instiller le doute

Dans le domaine des technologies, nous avons vu que les « marchands de peur » avaient largement pignon sur rue. Il en est d'autres, les marchands de doute, dont l'action est largement dénoncée et documentée (voir par exemple : Oreskes & Conway 2012).

Les marchands de doute sont des industriels qui produisent de la science pour discrétier les effets néfastes de leurs produits en les relativisant. La stratégie fut mise au point par les marchands de tabac quand ils virent s'accumuler les preuves scientifiques de la toxicité de leurs produits. Ils ont ainsi pu retarder la prise de conscience collective du public et des décideurs politiques en semant le champ scientifique d'études minimisant l'impact du tabac tout en suggérant d'autres causes possibles pour les cancers observés. La stratégie a fonctionné à merveille, même si, in fine, la « vérité » scientifique ne peut plus être dissimulée. Mais le doute est instillé dans les esprits. La même stratégie a été adoptée par l'industrie pétrolière envers le réchauffement climatique pour créer ce mouvement climatosceptique mortifère qui perdure et continue de retarder la prise de décision politique. Ainsi que sur d'autres thématiques comme les pluies acides, le trou dans la couche d'ozone ou les pesticides.

L'enquête journalistique relatée dans Foucart et al. (2020), tout comme l'étude de Andreotti & Noûs (2020) accusent ainsi les industriels des pesticides, notamment mais pas seulement, d'avoir changé de stratégie depuis 15-20 ans en faisant relayer leurs messages de communication et d'instillation du doute envers le grand public pour minimiser les impacts de leurs produits sur la santé humaine et la biodiversité, par les défenseurs (souvent auto-proclamés) de la science, et autres associations rationalistes comme l'AFIS <fnref n="71" />. L'un des relais entre les défenseurs de la science et ces industriels serait les agences sanitaires (Factsory 2019).

La solution est de s'appuyer sur les références primaires qu'est la littérature scientifique issue de journaux à comité de lecture, et non sur les rapports des agences, qui peuvent être biaisés. Les « passeurs de science », vulgarisateurs ou journalistes scientifiques, dans ces domaines doivent ainsi être choisis avec soin.

<footnote n="68">68. Voir par exemple : https://bonpote.com/2e-rapport-du-giec-les-medias-encore-une-fois-pas-au-niveau/</footnote>

<footnote n="69">69. Voir : https://bonpote.com/bikinis-enfants-qui-jouent-dans-leau-peut-on-mieux-illustrer-les-canicules/</footnote>

<footnote n="70">70. Voir La Charte pour un Journalisme à la Hauteur de l'Urgence Écologique : https://chartejournalismeecologie.fr/</footnote>

<footnote n="71">71. L'AFIS est l'Association Française pour l'Information Scientifique – https://www.afis.org/</footnote>
# Chapitre 2

## Nucléaire et radioactivité

BLANC Guillaume & Noûs Camille, Nucléaire et radioactivité, in *Physique et enjeux de société* (Université Paris Cité, 2023). https://doi.org/10.53480/physique-societe.d8819d

<figure><img src="image_34.png" /></figure>
Ce chapitre se propose de donner quelques notions succinctes de physique nucléaire pour comprendre ce qu'est la radioactivité, comprendre les grandes lignes de l'interaction des rayonnements ionisants, qu'ils soient issus de la radioactivité ou d'autres sources (désexcitation, fission, etc.), avec la matière et en particulier la matière vivante. Nous évoquerons alors la radio-protection et ses unités spécifiques. Nous terminerons avec quelques applications des rayonnements ionisants, et avec les principes de fonctionnement d'une centrale nucléaire.

## 2.1 Éléments de physique nucléaire

### 2.1.1 Introduction

Quand on parle du « nucléaire » dans les médias, on fait référence à la production d'énergie électronucléaire dans les centrales, et à toutes les problématiques annexes (déchets, prolifération, etc.). En physique, le « nucléaire » fait référence au noyau atomique. D'ailleurs la production d'énergie électronucléaire est issue d'une réaction « nucléaire » dite de fission. Il s'agit de la physique nucléaire, celle qui étudie les propriétés du noyau atomique ainsi que les réactions nucléaires. Le « nucléaire » des médias fait également référence à la radioactivité qui est une propriété physique des noyaux atomiques instables.

### 2.1.2 Un peu de physique nucléaire

#### Le noyau atomique

Le noyau atomique est constitué de neutrons et de protons qui sont les nucléons, eux-mêmes constitués de quarks et gluons, particules « élémentaires ». Les protons ont une charge électrique positive (+e = 1,6 · 10⁻¹⁹ C, où e est la charge élémentaire) tandis que les neutrons sont neutres. Un noyau atomique a donc une charge positive.

On définit :

→ Z est le **numéro atomique**, à savoir le nombre de protons (et d'électrons de l'atome neutre); il caractérise un élément.

→ N est le **nombre de neutrons**, il peut varier pour un même élément.

→ A = Z+N représente le nombre total de nucléons ; c'est le **nombre de masse** ; c'est aussi la masse molaire de l'élément en g · mol⁻<fnref n="1" /> avec une très bonne approximation<fnref n="1" />.

→ Un noyau avec un couple (Z, N) donné est un **nucléide**.

<footnote n="1">1. Le nombre de masse correspond à peu près à la masse atomique ou masse molaire d'un atome car un nucléon a à peu près une masse molaire de 1 g/mol. Simplement parce que l'unité de quantité de matière du système international d'unités, la mole, était définie jusqu'en 2019 comme le nombre d'atomes dans 12 g de carbone 12. Depuis 2019, la mole est définie comme la quantité de matière d'un système contenant exactement 6,02214076 · 10²³ entités élémentaires. Cette définition est très proche de l'ancienne, ce qui fait que la masse molaire du carbone 12 est toujours de 12 g/mol mais désormais avec une incertitude de mesure expérimentale (de 4,5 · 10⁻¹⁰). Donc les autres éléments ont une masse molaire proche de leur nombre de masse en g/mol. Proche et non égale car la masse d'un noyau atomique n'est pas égale à la somme des masses de ses constituants (protons et neutrons) à cause de l'énergie de liaison.</footnote>
Un noyau atomique a donc une charge +Ze. Un atome est électriquement neutre, il contient donc un cortège de Z électrons de charge $-e$.

On représente le nucléide X de la façon suivante : $Z^A X$. Depuis 2016, la tableau périodique contient 118 éléments (IUPAC 2016). Fin 2020, 3312 nucléides avaient été découverts<fnref n="2" />, dont 256 stables (correspondant à 80 éléments)<fnref n="3" />.

Un isotope est un nucléide avec le même nombre de protons (donc un même élément chimique), mais un nombre de neutrons différent. Par exemple : $^1_1H$ (hydrogène), $^2_1H$ (deutérium) et $^3_1H$ (tritium) sont trois isotopes de l'hydrogène.

### Quelques ordres de grandeur

→ Masse : on utilise souvent l'**électron-volt** (eV) qui est l'énergie d'un électron accéléré sur une différence de potentiel de 1 V soit : $e \times (1 \text{ V}) = 1,602176565 \cdot 10^{-19} \text{ J}$. C'est une unité de masse en raison de l'équivalence masse-énergie $E = mc^2$; la masse moyenne d'un nucléon est $1,6605402 \cdot 10^{-27} \text{ kg}$.

→ Taille : le rayon d'un noyau (considéré comme sphérique <fnref n="4" />) peut être approximé par $R = 1,1 \cdot 10^{-15} A^{1/3}$ m, où A est le nombre de masse. L'ordre de grandeur est ici le fermi ou femtomètre (fm) = $10^{-15} \text{ m}$ soit la taille d'un atome divisée par 100 000.

Le tableau 2.1 donne quelques ordres de grandeur.

### Énergie de liaison

L'énergie de liaison d'un noyau est l'énergie qu'il faut lui fournir pour séparer tous ses constituants. C'est donc l'opposé d'une énergie potentielle d'interaction qui est l'énergie à fournir pour transporter les nucléons au repos à l'infini jusqu'à former un noyau.

L'énergie totale d'un nucléide au repos (énergie de masse) est donnée par :

$$E^{\text{repos}}(A, Z) = m_{Z^A} c^2 = Z m_p c^2 + N m_n c^2 - E_L$$

où c est la vitesse de la lumière, $m_{Z^A}$ est la masse du nucléide, $m_p$ est la masse d'un proton, $m_n$ est la masse d'un neutron et $E_L$ est l'énergie de liaison. Ainsi, on a :

$$E_L = (Z m_p + N m_n - m_{Z^A}) c^2 > 0$$

où l'on voit que l'énergie de liaison est la différence entre l'énergie de masse du nucléide et celle de chacun de ses constituants : la masse d'un noyau atomique est inférieure à la somme des masses des nucléons qui le constituent.

L'ordre de grandeur des énergies de liaison nucléaires est le MeV (tandis que les énergies de liaison des électrons dans un atome sont exprimées en eV ou keV), voir le tableau 2.2.

La figure 2.1 montre que, hormis pour les noyaux les plus légers, on a : $E_L/A \sim 8$ MeV. Il faut donc dépenser environ 8 MeV pour extraire un nucléon du noyau. Cette figure montre que les noyaux les plus stables sont ceux autour du minimum de l'énergie potentielle (ou autour du maximum de l'énergie de liaison) : le noyau le plus stable (le plus lié) est le fer 56 au minimum de la courbe. Les noyaux très légers ou très lourds sont moins liés.

<footnote n="2">2. Voir : https://people.nscl.msu.edu/~thoennes/isotopes/index.html.</footnote>

<footnote n="3">3. Voir : https://fr.wikipedia.org/wiki/Isotope_stable</footnote>

<footnote n="4">4. Il s'agit là d'une approximation.</footnote>
<table><thead><tr><th></th><th>masse (MeV/c²)</th><th>rayon (m)</th></tr></thead><tbody><tr><td>atome (²He)</td><td></td><td>1,28 · 10⁻¹⁰</td></tr><tr><td>noyau (²He)</td><td>3738,4</td><td>~ 1,74 · 10⁻¹⁵</td></tr><tr><td>électron</td><td>0,511</td><td>&lt; 10⁻²²</td></tr><tr><td>proton</td><td>938,272</td><td>0,88 · 10⁻¹⁵</td></tr><tr><td>neutron</td><td>939,565</td><td>? (~ 10⁻¹⁵)</td></tr></tbody></table>

**TABLE 2.1** – Masses et tailles des constituants atomiques. Notons que l'électron est une particule élémentaire, stable. Le proton et le neutron ne sont pas élémentaires (composés de quarks) : le premier est stable à l'état libre, tandis que le neutron est instable à l'état libre (hors du noyau), sa demi-vie est de 15 min.

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>**FIGURE 2.1** – Opposé de l'énergie de liaison (ou énergie potentielle d'interaction des nucléons) moyenne par nucléon ($-E_ℓ/A$) en fonction du nombre de nucléons A dans le noyau (courbe d'Aston).</figcaption></figure>

Si on casse un noyau très lourd en deux (réaction de **fission** nucléaire), les morceaux sont plus liés (énergie de liaison par nucléon plus importante), donc une partie de l'énergie de liaison du gros noyau est évacuée : la réaction est **exothermique**. Inversement, fusionner deux noyaux lourds nécessite un apport d'énergie, par exemple sous forme d'énergie cinétique à l'aide d'un accélérateur.

Si on arrive à fondre (fusionner) deux noyaux légers entre eux (réaction de **fusion** nucléaire), ils vont former un noyau plus lourd, qui sera plus lié, donc une partie de l'énergie de liaison des deux noyaux légers est évacuée : la réaction est **exothermique**.

## Les interactions en jeu

Deux forces antagonistes sont à l'œuvre pour maintenir l'édifice des nucléons au sein du noyau :

* La force électromagnétique (ou électrostatique dite force de Coulomb) qui engendre une répulsion des protons entre eux (chargés positivement) à longue portée.

* La force nucléaire forte qui lie les nucléons – les quarks plus exactement – entre eux (s'ils sont très proches, car c'est une force à très courte portée, de l'ordre de 1,5 fm), avec une intensité ~ $10^2$ plus forte que l'interaction électromagnétique.
<table><caption>**TABLE 2.2** – Comparaison entre l'énergie de liaison des électrons dans l'atome et l'énergie de liaison nucléaire pour quelques éléments et isotopes.</caption><thead><tr><th></th><th>Énergie de liaison des<br>électrons dans l'atome<br>(MeV)</th><th>Énergie de liaison des<br>nucléons dans le noyau<br>(MeV)</th></tr></thead><tbody><tr><td><sup>1</sup>H</td><td>0,000014</td><td>0</td></tr><tr><td><sup>2</sup>H</td><td>0,000014</td><td>2,225</td></tr><tr><td><sup>4</sup>He</td><td>0,000079</td><td>28,295</td></tr><tr><td><sup>7</sup>Li</td><td>0,00019</td><td>39,244</td></tr><tr><td><sup>16</sup>O</td><td>0,0020</td><td>127,617</td></tr><tr><td><sup>35</sup>Cl</td><td>0,012</td><td>298,20</td></tr><tr><td><sup>57</sup>Fe</td><td>0,034</td><td>499,90</td></tr><tr><td><sup>235</sup>U</td><td>0,69</td><td>1783,17</td></tr></tbody></table>

Les autres interactions connues sont :

→ La *force faible*, responsable de la radioactivité $\beta$. Elle change la saveur des quarks et donc la nature – neutron ou proton – des nucléons, mais ne provoque pas d'état lié comme les autres interactions. Sa portée est typiquement 100 fois plus faible que celle de l'interaction forte. Son intensité est typiquement $10^4$ fois moins forte que l'interaction électromagnétique aux énergies de l'ordre du MeV, mais elle est du même ordre de grandeur – de l'ordre d'une centaine de GeV (interaction électrofaible).

→ La *force gravitationnelle*, négligeable dans les interactions nucléaires.

Selon sa quantité de protons et de neutrons, un noyau atomique peut être en équilibre parfait auquel cas il est stable. Si son équilibre est imparfait, il est instable. Il va modifier spontanément sa structure interne pour revenir vers la stabilité. Il émet alors un rayonnement particulaire : il est radioactif. Le terme de « rayonnement » est trompeur car il ne s'agit pas (uniquement) de rayonnement électromagnétique (comme pour un atome instable qui émet des photons pour revenir à la stabilité), mais aussi d'émission de particules (matière ou photons).

### La vallée de stabilité

La représentation des différents noyaux connus dans un graphe représentant le nombre $N$ de neutrons en fonction du nombre $Z$ de protons permet de mettre en évidence la ligne ou courbe de stabilité, peuplée par les noyaux stables (en noir à la figure 2.2a).

La forme courbée de la vallée de stabilité résulte des contributions des deux forces à l'œuvre au sein du noyau : la force forte et la force électromagnétique. La première tend à favoriser $N = Z$ (donc sur la diagonale), tandis que la seconde favorise $N = A$ et tend à maximiser le nombre de neutrons. Si on constate un excès de neutrons pour $Z \ge 20$, c'est parce que l'interaction électromagnétique, répulsive entre les protons, cesse d'être négligeable (Valentin 1986).
<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

**FIGURE 2.2** – Illustrations de la vallée de stabilité des noyaux atomiques. (a) Représentation du nombre de neutrons en fonction du nombre de protons pour les nucléides connus. Les couleurs représentent le type de radioactivité par lequel les noyaux instables se désintègrent. Source : Wikipédia/Napy1kenobi. CC BY-SA. (b) Représentation du nombre de neutrons en fonction du nombre de protons pour les nucléides connus. Les couleurs représentent la période de désintégration radioactive en secondes : les noyaux stables sont en rouge! CC0. (c) Schéma illustrant le fait que les noyaux trop riches en neutrons ou en protons par rapport au « standard » de la stabilité vont devoir se désintégrer. Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.
Sur la figure 2.2a, au-dessus des noyaux stables, on trouve en bleu les noyaux trop riches en neutrons. Ces noyaux reviennent vers la ligne de stabilité par désintégration $β^-$, qui transforme au sein du noyau un neutron en proton. Au-dessous des noyaux stables, on trouve en orange les noyaux trop riches en protons. Ces noyaux reviennent vers la ligne de stabilité par désintégration $β^+$ ou par capture électronique, qui transforme au sein du noyau un proton en neutron. Les noyaux lourds riches en protons vont revenir vers la ligne de stabilité par désintégration $α$ (en jaune). Enfin, les noyaux très lourds (en vert) fissionnent spontanément en donnant naissance à des produits de désintégration légers (généralement radioactifs car en dehors de la vallée de stabilité).

### Loi de décroissance radioactive

Les noyaux instables vont donc émettre un rayonnement énergétique sous forme de particules ou de photons. L'instant précis de la désintégration d'un noyau isolé est impossible à prévoir. On peut seulement lui associer une probabilité de se désintégrer spontanément pendant une unité de temps.

On définit la **constante radioactive $λ$** (en seconde⁻¹) comme la probabilité de désintégration d'un noyau par unité de temps. C'est une propriété physique d'un nucléide indépendante des conditions physico-chimiques de l'atome correspondant.

On ne peut pas connaître précisément l'évolution temporelle d'un seul noyau instable; en revanche, on peut connaître statistiquement l'évolution d'un grand nombre de noyaux issus d'un même nucléide.

Ainsi, pour N noyaux instables à un instant initial, il en disparaît $λN$ au bout d'une unité de temps (typiquement la seconde). Pendant un intervalle de temps $dt$ ce sont donc $λNdt$ noyaux qui disparaissent, ou encore :

$$-dN = N(t) - N(t + dt) = λNdt$$

soit :

$$-\frac{dN}{dt} = λN \qquad (2.1)$$

ou encore :

$$-\frac{dN}{N} = λdt$$

En intégrant cette équation différentielle, on obtient :

$$-\ln N = λt + Cte$$

Avec la condition initiale suivante : à $t = 0$, on a $N(0) = N_0$, on obtient que $Cte = -\ln N_0$, d'où

$$\ln \frac{N}{N_0} = -λt$$

ou encore :

$$N(t) = N_0e^{-λt} \qquad (2.2)$$

Le nombre de noyaux instables décroît ainsi de manière exponentielle au cours du temps.

Le produit $λN$ est aussi la **vitesse de désintégration** ($-dN/dt$) d'une quantité déterminée d'une substance radioactive. On l'appelle l'**activité $A$** de cette substance :

$$A = λN \qquad (2.3)$$

On a donc :

$$A(t) = A_0e^{-λt}$$

où $A_0$ est l'activité à $t = 0$.
L'activité d'un radionucléide se mesure en becquerels (Bq). Un Bq étant une désintégration par seconde. C'est une unité assez faible qui nécessite l'emploi de multiples : MBq, GBq ou TBq, par exemple.

## Période radioactive

La caractérisation la plus commode de la durée de vie d'un ensemble de nucléides identiques est la période radioactive ou demi-vie<fnref n="5" /> T, à savoir la durée au terme de laquelle la moitié du nombre initial N₀ de noyaux s'est désintégrée.

Ainsi :

$$N(t = T) = N_0/2 \text{ avec } \ln \frac{N_0}{N} = \lambda t$$

soit :

$$\ln 2 = \lambda T$$

d'où :

$$T = \frac{\ln 2}{\lambda} \quad \text{donc} \quad N(t) = N_0 e^{-t \ln 2/T} \qquad (2.4)$$

Par exemple, la période radioactive du carbone 14 est de 5730 ans ; celle de l'uranium 238 est de 4,5 milliards d'années, ce qui signifie que la moitié de l'uranium 238 initialement présent à la naissance la Terre a disparu.

Le nombre de nucléides d'un élément radioactif diminue d'un facteur ~1000 toutes les 10 périodes ($N_0/2^{10} = N_0/1024$).

Les périodes des éléments radioactifs connus actuellement vont de 0,07 µs (actinium 217) à 1,5·10²⁴ ans (tellure 128).

### 2.1.3 Les différentes radioactivités

Les noyaux instables se désintègrent en émettant une ou des particules qui sont spécifiques à la nature du noyau émetteur. L'énergie de liaison perdue dans le réarrangement du noyau se retrouve en partie dans l'énergie cinétique des particules émises.

On observe en majorité les différentes émissions suivantes :

**→ Désintegration $\alpha$**

Il s'agit de l'émission spontanée d'un noyau d'hélium 4 par certains noyaux lourds ($A > 200$) :

$$^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y + ^{4}_{2}He$$

La particule $\alpha$ émise (noyau d'hélium) a une énergie cinétique de l'ordre de 6 MeV en moyenne (moins de 10 MeV). La particule $\alpha$ émise a une énergie bien définie, le spectre énergétique de noyaux émetteurs $\alpha$ est donc un spectre de raies.

La radioactivité $\alpha$ est régie par l'interaction nucléaire forte.

**→ Désintegration $\beta$**

Il s'agit de l'émission spontanée d'un électron (particule $\beta^-$) ou d'un positon (particule $\beta^+$) :

$$^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y + e^{-} + \bar{\nu}$$

où $e^-$ est un électron et $\bar{\nu}$ est un anti-neutrino; dans cette réaction un neutron est transformé en proton.

<footnote n="5">5. La dénomination de demi-vie est ambiguë, car elle ne signifie pas que la durée de vie est le double de cette valeur !</footnote>
$$Z^A X \rightarrow Z_{-1}^A YY + e^+ + \nu$$

où $e^+$ est un positon et $\nu$ est un neutrino; dans ce cas, c'est un proton qui est transformé en neutron.

Les énergies cinétiques de Y, $e^+$, $e^-$, $\nu$, $\bar{\nu}$ sont en général de l'ordre du MeV. Ces énergies se répartissent sur l'ensemble des particules émises, l'énergie des électrons ou positons émis n'est pas définie, le spectre énergétique des électrons est donc continu.

Les particules $\nu$ et $\bar{\nu}$, neutrino et anti-neutrino, sont des particules de faible masse interagissant très peu avec la matière.

L'émission $\beta$ est régie par l'interaction faible.

### → Émission $\gamma$

Il s'agit de l'émission spontanée d'un photon $\gamma$ émis par un noyau dans un niveau d'énergie « excité », c'est-à-dire au-dessus du niveau fondamental. Son énergie est bien définie et est de l'ordre de 0,1 à 1 MeV, tandis que les photons émis dans les transitions atomiques ont au plus une énergie de l'ordre du keV. Le spectre énergétique des photons émis est un spectre de raies.

L'émission de photons $\gamma$ est régie par l'interaction électromagnétique.

Ces différentes radioactivités sont illustrées à la figure 2.3. Il existe d'autres façons plus marginales pour certains noyaux de se désintégrer : conversion interne, capture électronique, fission spontanée...

### Rapport d'embranchement

Certains radionucléides peuvent se désintégrer de différentes façons. On peut mesurer et donc tabuler les probabilités qu'ils ont de se transformer par telle ou telle voie. Par exemple, la figure 2.4 montre que le bismuth 212 a 64 % de chances de se désintégrer par émission d'un $\beta$ et 36 % de chances de se désintégrer en émettant un $\alpha$.

### Filiations radioactives

La désintégration d'un noyau radioactif ne donne pas nécessairement un noyau stable, mais peut conduire à un noyau lui-même radioactif qui est son fils et qui aura des descendants dont le dernier sera stable. Pour deux corps en filiation, il est assez simple de calculer analytiquement les quantités des descendants à chaque instant. En revanche, pour plus de deux corps, c'est bien plus compliqué, mais faisable numériquement. Par exemple, dans le cas :

$$ \begin{array}{l} t = 0 \qquad \begin{array}{c} X_1 \xrightarrow{\lambda_1} X_2 \xrightarrow{\lambda_2} X_3 \\ N_{1,0} \qquad 0 \qquad 0 \end{array} \\ t \qquad \begin{array}{c} N_1(t) \qquad N_2(t) \qquad N_3(t) \end{array} \end{array} $$

où $\lambda_1$ est la constante radioactive caractérisant le noyau $X_1$ et $\lambda_2$ est la constante radioactive caractérisant le noyau $X_2$. On peut calculer analytiquement l'évolution de chacune des quantités $N_1(t)$, $N_2(t)$ et $N_3(t)$ des nucléides $X_1$, $X_2$ et $X_3$, respectivement, en fonction du temps.

### Radioactivité naturelle

Dans la nature on trouve environ 50 isotopes radioactifs. La moitié se trouvent sur notre planète depuis sa formation car leur durée de vie est suffisamment longue (quelques milliards d'années). Il s'agit notamment de l'uranium, du thorium et de leurs descendants. L'autre moitié est fabriquée en permanence par la collision des rayons cosmiques avec les atomes de la haute atmosphère, comme le carbone 14.
<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>**FIGURE 2.3** – Illustration des différentes radioactivités sur un graphe du nombre de neutrons *N* en fonction du nombre de protons *Z* : radioactivités α, β⁻, radioactivité β⁺, capture électronique ε (ou désintégration β inverse), émission de neutrons *n* et de protons *p*. Source : Wikipédia/Ariel Provost. CC BY-SA.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>**FIGURE 2.4** – Exemple de la filiation du plomb 212. (a) Sous forme de schéma. Source : Eugene Alvin Villar (2008), https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Seav. CC BY-SA. (b) Sous forme de graphe. Les données sur les différents isotopes connus sont tabulées sous cette forme, avec les énergies des différents niveaux, les périodes, les probabilités de désintégration.</figcaption></figure>

Un mètre carré de sol (sur 1 m de profondeur) recèle en moyenne 70 000 Bq de potassium 40, et reçoit chaque seconde 2500 atomes de tritium et 22 000 atomes de carbone 14. Le corps humain renferme lui aussi du carbone 14 (environ 50 Bq/kg), et du potassium 40 (environ 60 Bq/kg).
### 2.2 Interaction des rayonnements ionisants avec la matière

On considère ici différents rayonnements « ionisants », c'est-à-dire capables d'arracher un ou plusieurs électrons et de produire un ion :

* les particules émises par la radioactivité : $\alpha, \beta, \gamma$ (à l'exception des neutrinos);

* les neutrons que l'on trouve dans l'environnement d'une centrale nucléaire, mais pas seulement : à proximité des sources primaires de neutrons 6, ou des accélérateurs de particules;

* les rayons X fréquemment utilisés en médecine (radiographie, scanner, etc.), en recherche avec la diffraction par rayons X (comme sur le synchrotron Soleil), ou à proximité des accélérateurs (rayonnement de freinage ou bremsstrahlung en allemand qui est un rayonnement électromagnétique généré par le ralentissement de particules chargées).

La matière est celle qui se trouve sur la trajectoire de ces particules, elle peut être inerte ou vivante.

#### 2.2.1 Introduction

La matière rencontrée est composée d'atomes (électriquement neutres) qui sont constitués de noyaux chargés positivement, lourds (constitués de quelques nucléons à quelques centaines de nucléons) et d'électrons, beaucoup plus nombreux (autant que les protons), légers (environ 1/1830 la masse d'un nucléon) et chargés négativement.

On peut classifier ces interactions selon différents critères.

* Selon la nature du rayonnement :

* flux de particules matérielles douées de masses au repos,

* flux de photons (de masse nulle).

* En fonction de la cible (noyaux ou électrons) :

* particules chargées : les interactions de type coulombiennes 7 sont plus fréquentes avec les électrons qu'avec les noyaux,

* particules neutres (neutrons) : elles dissipent leur énergie cinétique efficacement lors de collisions avec les noyaux (et par capture pouvant induire des fissions),

* les photons : les effets sont différents selon qu'ils rencontrent les électrons ou les noyaux.

* Selon l'effet sur le milieu (biologie, radioprotection) :

* rayonnement ionisant (dont l'énergie est suffisante pour arracher un électron aux atomes du milieu rencontré),

* rayonnement non ionisant.

**Remarques :**

1. L'énergie d'ionisation est l'énergie minimale nécessaire pour détacher complètement un électron orbital des atomes ou molécules du milieu irradié à savoir ~ 11,5 à 14,5 eV compte tenu des principaux atomes rencontrés (H, C, N et O) 8.

$$ \frac{4}{2}\alpha + \frac{9}{4}Be \rightarrow n + \frac{12}{6}C $$

Ce type de source est utilisé pour différentes applications comme l'amorçage des réactions de fission dans un réacteur nucléaire, en recherche, etc.

7. L'interaction coulombienne est la force $F(r)$ entre deux particules de charges $q_1$ et $q_2$ : $F(r) = \frac{q_1q_2}{4\pi\epsilon_0} \times \frac{1}{r^2}$, où $r$ est la distance entre les deux particules et $\epsilon_0$ est la permittivité du vide.

8. Pour les énergies d'ionisation de tous les éléments, voir par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/énergie_d'ionisation#Valeurs_numériques_des_énergies_d'ionisation.

<footnote n="6">6. Comme le mélange américium, émetteur $\alpha$, et béryllium :</footnote>
<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>FIGURE 2.5 – Résumé schématique des différents rayonnements, particulaires ou non, ionisants ou non.</figcaption></figure>

2. **Tous les rayonnements particulaires dont il est question ici sont ionisants.** 9

3. Les rayonnements électromagnétiques ionisants sont ceux de longueur d'onde inférieure à 0,1 µm (X et γ) ou d'énergie 10 supérieure à 12 eV.

La figure 2.5 résume le paysage des différents rayonnements, particulaire ou non, ionisant ou non.

## Le rayonnement électromagnétique

Le rayonnement électromagnétique est émis par la matière. Il est lié au mouvement des charges électriques qui la composent (électrons pour les atomes, nucléons pour les noyaux atomiques). Toute charge en mouvement crée en tout point de l'espace un champ électrique et un champ magnétique, perpendiculaires, qui se propagent à vitesse constante dans le vide ($c = 2,99792 \cdot 10^8 \text{ m} \cdot \text{s}^{-1}$), à savoir une onde électromagnétique.

Le rayonnement électromagnétique (voir figure 2.6) est caractérisé par son énergie $E = h\nu$ où $h = 6,63 \cdot 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}$ est la constante de Planck et $\nu$ la fréquence de l'onde :

$$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} \qquad (2.5)$$

Soit :

$$E_{(\text{eV})} \approx \frac{6,6 \cdot 10^{-34} \times 3 \cdot 10^8}{1,6 \cdot 10^{-19} \times 10^{-9}} \times \frac{1}{\lambda} \approx \frac{1240}{\lambda_{(\text{nm})}} \qquad (2.6)$$

## Atténuation des photons

L'affaiblissement d'un faisceau de photons monoénergétiques sur une cible formée d'un matériau dépend de :

* l'épaisseur de la cible;

* la nature et l'état physique de la cible;

<footnote n="9">9. Il est bien évident que de nombreuses particules élémentaires énergétiques ne sont pas ionisantes : neutrinos, muons, etc.</footnote>

<footnote n="10">10. Voir l'équation (2.5).</footnote>
<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>FIGURE 2.6 – Illustration des différents domaines du spectre électromagnétique avec le caractère ionisant ou non des photons correspondants. Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Conclu_spectre.jpg. CC BY-SA.</figcaption></figure>

→ l'énergie et le nombre des photons incidents.

Le nombre ($-dN$) de photons éliminés du faisceau après une épaisseur $dx$ de cible est proportionnel au nombre $N$ de photons incidents et à $dx$ :

$$-dN = \mu N dx$$

où $\mu$ dépend du matériau de la cible et de l'énergie des photons incidents.

En intégrant :

$$N(x) = N_0 e^{-\mu x}, \qquad (2.7)$$

où $N_0$ est le nombre de photons incidents, $N(x)$ est le nombre de photons restant après la traversée de l'épaisseur $x$, et $\mu$ est le coefficient d'atténuation linéique (en m⁻¹). L'atténuation d'un faisceau de photons dépend ainsi exponentiellement de l'épaisseur de matériau.

On définit également la couche de demi-atténuation (CDA ou $X_{1/2}$) qui est l'épaisseur de matière dans laquelle la moitié des photons ont disparu :

$$CDA = \frac{\ln 2}{\mu}$$

Le coefficient d'atténuation linéique $\mu$ dépend aussi de l'état physique du matériau (liquide ou vapeur, par exemple), c'est pourquoi on tabule généralement la grandeur $\mu/\rho$ (coefficient massique d'atténuation), $\rho$ étant la masse volumique de l'écran. On trouvera quelques valeurs de ces quantités pour quelques matériaux utilisés en radioprotection, dans le tableau 2.3.

Le tableau 2.3 montre que pour des photons de 1 MeV, on a $\mu/\rho \sim 0,07 \text{ cm}^2 \cdot \text{g}^{-1}$, donc CDA $\sim 10/\rho$ (cm). Si on veut une atténuation d'un facteur 32 = $2^5$, il faut traverser 5 fois la couche de demi-atténuation, soit une épaisseur de : $e_{32} = 50/\rho$ (cm). Ce qui correspond à environ 50 cm d'eau ou bien 4,4 cm de plomb.

C'est pourquoi dans un cabinet de radiologie médicale (les rayons X sont moins énergétiques que les rayons $\gamma$: 10 à 150 keV), on se protège avec des boucliers en plomb.
<table><thead><tr><th></th><th>Pb</th><th>Fe</th><th>eau</th><th>béton ordinaire</th></tr></thead><tbody><tr><td>μ (cm<sup>-1</sup>)</td><td>0,79</td><td>0,47</td><td>0,07</td><td>0,15</td></tr><tr><td>CDA (cm)</td><td>0,88</td><td>1,47</td><td>9,90</td><td>4,62</td></tr><tr><td>ρ (g·cm<sup>-3</sup>)</td><td>11,30</td><td>7,85</td><td>1,00</td><td>2,30</td></tr><tr><td>μ/ρ (cm<sup>2</sup>·g<sup>-1</sup>)</td><td>0,07</td><td>0,06</td><td>0,07</td><td>0,065</td></tr></tbody></table>

TABLE 2.3 – Quelques valeurs du coefficient d'atténuation linéique μ, de la couche de demi-atténuation, CDA, de la masse volumique ρ et du coefficient massique d'atténuation μ/ρ pour quatre matériaux généralement utilisés en radioprotection et pour un faisceau de photons γ de 1 MeV.

## Rayonnement particulaire

Le « rayonnement » particulaire est typiquement un faisceau de particules projectiles qui sont caractérisées par :

* leur charge électrique (multiple entier de la charge élémentaire : $e = 1,6 \times 10^{-19} \text{ C}$),

* leur masse au repos $m_0$,

* leur énergie totale $E = mc^2 = m_0c^2 + E_c$, où $E_c$ est leur énergie cinétique.

On distingue les *particules chargées* (et parmi elles, celles qui sont lourdes : protons, deutons, α, fragments de fission chargés positivement, de celles qui sont légères : électrons), ralenties par interactions coulombiennes avec les électrons des atomes de la matière irradiée, et les *neutrons* qui vont n'interagir qu'avec les noyaux des atomes de la matière.

## Ralentissement des particules chargées lourdes

Il faut des dizaines de milliers d'interactions coulombiennes avec des électrons pour ralentir les particules. Chaque électron rencontré reçoit une toute petite fraction de l'énergie de la particule incidente.

Par exemple une particule α émise par le radium 226 a une énergie de 4,78 MeV et va communiquer à un électron une énergie maximale de 2,6 keV : il faut donc près de 2000 interactions pour l'épuiser ! L'électron recevant une partie de l'énergie de la particule incidente peut soit être éjecté de l'atome (et éventuellement ioniser d'autres atomes à son tour), soit changer d'orbite excitant ainsi l'atome cible.

## Parcours moyens dans la matière

Plus concrètement, on peut définir la distance moyenne parcourue par des particules dans la matière par des lois empiriques.

Ainsi le parcours dans l'air de particules α d'énergie entre 4 et 10 MeV, dans les conditions normales de température et de pression (CNTP, c'est-à-dire à une température de 0 °C et une pression de 1 atm) :

$$R_{(\text{cm})}^{\alpha} = 0,32 \times E_{(\text{MeV})}^{1,5}$$

Pour des protons<fnref n="11" /> de 10 à 200 MeV, dans l'air (CNTP) :

$$R_{(\text{cm})}^{\rho} = 1,8 \times E_{(\text{MeV})}^{1,8}$$

<footnote n="11">11. Il existe un type de radioactivité où certains noyaux instables se désintègrent en émettant un proton, mais elle est marginale. Les protons sont plus souvent produits au cours de réactions nucléaires.</footnote>
La règle de Bragg permet d'extrapoler, pour un type de particule donné, à partir d'un matériau (1), dans un autre matériau (2) :

$$ \frac{R_1}{R_2} = \frac{\rho_2}{\rho_1} \sqrt{\frac{A_1}{A_2}}, $$

où $R_{1,2}$ est le parcours moyen pour dans les matériaux (1) et (2), $\rho_{1,2}$ est leur masse volumique et $A_{1,2}$ le nombre de masse de leurs constituants.

### Ralentissement des électrons

Les électrons sont assez souvent relativistes : pour que leur vitesse soit telle que $v > 0,1 \times c$ (limite relativiste), il faut que leur énergie (cinétique) soit $E > 50$ keV. Tandis que pour être relativistes, des protons doivent avoir une énergie $E > 90$ MeV, et des $\alpha, E > 350$ MeV !

De plus, les électrons sont de masse égale à celle des particules rencontrées (cortèges électroniques des atomes).

Ainsi :

→ les **électrons de faible énergie** perdent de l'énergie par ionisation et excitation du milieu traversé, avec une déviation importante de la direction initiale (contrairement aux particules lourdes);

→ les **électrons de grande énergie** perdent leur énergie par rayonnement (électromagnétique) de freinage (bremsstrahlung) du fait de la décélération subie lors de leur passage dans le champ coulombien du noyau.

Pour les électrons émis par radioactivité, relations empiriques suivantes s'appliquent (attention aux unités !) (Foos 2009) :

→ pour $E_{max\beta} < 0,8$ MeV : $R_{\beta(g \cdot cm^{-2})} = 0,407 \times (E_{max\beta(MeV)})^{1,38}$

→ pour $0,8 < E_{max\beta} < 3,7$ MeV : $R_{\beta(g \cdot cm^{-2})} = 0,542 \times (E_{max\beta(MeV)}) - 0,133$

où $E_{max\beta(MeV)}$ est l'énergie maximale des électrons émis par la radioactivité $\beta$ (en MeV).

On obtient des longueurs (parcours moyens) en divisant par la masse volumique :

$$ L_{(cm)} = \frac{R_{\beta(g \cdot cm^{-2})}}{\rho_{(g \cdot m^{-3})}} $$

### Effet Tcherenkov

Quand des particules chargées se déplacent dans un milieu transparent à la lumière, à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu ($c/n$), un rayonnement électromagnétique appelé rayonnement Tcherenkov<fnref n="12" /> est émis : le passage de la particule chargée induit une polarisation électrostatique sur les molécules du milieu. Comme la particule se déplace plus rapidement que les ondes électromagnétiques, les dipôles induits n'ont pas le temps de se relaxer immédiatement, ils s'accumulent, et c'est en se relaxant collectivement qu'ils émettent un rayonnement continu, polarisé, dont l'intensité décroît avec la longueur d'onde (d'où la lumière bleue) (Jackson 2021).

Dans l'eau, il faut que les électrons aient une énergie supérieure à 0,26 MeV pour qu'un rayonnement Tcherenkov apparaisse, ce qui est fréquent (contre 478 MeV pour des protons, beaucoup moins fréquent).

Cet effet est responsable de la coloration bleutée prise par l'eau des piscines de stockage de sources radioactives.

<footnote n="12">12. Voir, par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Vavilov-Tcherenkov.</footnote>
## Ralentissement des neutrons

Les neutrons ne sont pas produits par la radioactivité mais par des réactions nucléaires comme les réactions de fission dans les réacteurs nucléaires.

Ils ont deux principaux processus d'interaction avec la matière.

* **Par diffusion** conduisant à une modification de la trajectoire et à une perte d'énergie pour le neutron incident; elle peut être :

* **élastique** si toute l'énergie perdue se retrouve sous forme d'énergie cinétique du noyau choqué; plus la masse du noyau choqué est proche de celle du neutron, plus celui-ci perdra d'énergie;

* **inélastique** si une partie de l'énergie sert à exciter le noyau.

* **Par capture** (favorisée pour les neutrons thermiques, $E < 1$ eV), où le neutron incident est absorbé par le noyau choqué, qui se désexcite ensuite par émission d'un photon $\gamma$.

C'est pourquoi, pour se protéger des neutrons, on utilise des matériaux de faible masse atomique, contenant beaucoup d'hydrogène, comme l'eau ou le béton.

<table><caption>TABLE 2.4 – Résumé des différentes façons d'absorber des particules selon leur nature et celle du noyau absorbant.</caption><thead><tr><th>Rayonnement</th><th>Profondeur de pénétration<br>matière solide</th><th>matériaux de<br>Z faible</th><th>matériaux de<br>Z élevé</th></tr></thead><tbody><tr><td>α</td><td>10-20 microns</td><td></td><td></td></tr><tr><td>β</td><td>quelques mm</td><td></td><td></td></tr><tr><td>neutron</td><td>quelques 10 cm</td><td>forte absorption</td><td>faible absorption</td></tr><tr><td>γ</td><td>quelques 10 cm</td><td>faible absorption</td><td>forte absorption</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>FIGURE 2.7 – Illustration des différentes façons d'absorber des rayonnements ionisants. Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>
### Résumé

Le tableau 2.4 et la figure 2.7 résument les différentes façons d'absorber des particules selon leur nature et celle du matériau absorbant. Ainsi, si on veut se protéger des neutrons, il faut utiliser des matériaux de faible masse atomique comme le béton, l'eau, la paraffine. Et au contraire, si on veut se protéger des $γ$, il faudra plutôt utiliser des matériaux denses, comme le plomb. Les particules chargées sont beaucoup moins pénétrantes, on peut donc s'en protéger plus facilement.

### 2.2.2 Effet des rayonnements ionisants sur la matière

Nous avons vu jusque-là comment on pouvait freiner, arrêter ou absorber des rayonnements avec différents type de matériaux, selon la nature du rayonnement. Voyons maintenant quel est l'effet de ces rayonnements qui pénètrent dans la matière sur celle-ci, et en particulier dans le cas de la matière vivante et de l'être humain.

De manière générale, on peut résumer les effets des rayonnements sur la matière de la façon suivante :

* Dans les gaz : on va avoir ionisation du gaz le long de la trajectoire des particules.

* Dans les liquides : on va généralement avoir ionisation puis induction de réactions chimiques avec recombinaison entre et/ou formation de radicaux <fnref n="13" />.

* Dans les solides : on va avoir des perturbations cristallines (défauts, discontinuités dans l'ordre cristallin...).

### 2.2.3 Effet des rayonnements ionisants sur la matière vivante et radioprotection

On distingue :

* L'exposition **externe** lorsque la source radioactive se trouve à l'extérieur de l'organisme, sur la peau ou les vêtements. Elle peut être éliminée par déshabillage et par une douche.

* l'exposition **interne** lorsque la source radioactive se retrouve dans l'organisme par inhalation, ingestion, ou qu'elle franchit la barrière cutanée lors d'une contamination d'une blessure ou plaie.

* L'irradiation est la pénétration d'un rayonnement à l'intérieur de la matière, inerte ou vivante (et donc accompagnée d'un dépôt d'énergie). On parle l'irradiation chronique si celle-ci est continue dans le temps (comme celle provenant des rayons cosmiques) ou ponctuelle (comme lors d'un examen radiologique).

* La contamination (radioactive) a lieu quand une substance radioactive se dépose sur un support (inerte ou vivant). On parle de contamination chronique, si celle-ci est continue dans le temps (comme l'inhalation du radon contenu dans l'air) ou ponctuelle (comme l'ingestion d'eau contaminée).

Si la source radioactive se trouve à l'extérieur du corps des personnes exposées, il suffit de les éloigner (la quantité d'énergie reçue décroit comme le carré de la distance pour une source isotrope, selon l'angle solide de la personne exposée) ou d'écranter la source pour stopper l'exposition.

Si la source est interne, on peut essayer d'utiliser des capteurs chimiques pour fixer les éléments radioactifs et les éliminer par les voies naturelles.

Les effets entre exposition externe et interne sont différents selon la nature du rayonnement. Le rayonnement $\alpha$ a un parcours d'environ $40 \ \mu m$ dans les tissus humains : sur la peau, c'est l'épaisseur de la « peau morte » ; dans le corps, il atteint directement les tissus vivants et l'irradiation peut être importante. Le rayonnement $\beta$, comme les rayons X de faible énergie, ont

<footnote n="13">13. Un radical ou radical libre est une espèce chimique avec un ou plusieurs électrons non appariés sur la couche externe ce qui en fait une espèce très instable et très réactive chimiquement.</footnote>
<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>FIGURE 2.8 – Illustration des différentes notions de dose radioactives.</figcaption></figure>

un pouvoir pénétrant plus important et peuvent ainsi irradier fortement la peau. Les photons X énergétiques et $\gamma$, comme les neutrons, vont traverser le corps et irradier en profondeur.

Les dégâts des rayonnements ionisants sur la matière vivante vont de la création de radicaux libres au sein de la cellule qui conduira à une altération des bases nucléiques de l'ADN (faible irradiation) à la destruction des cellules (irradiation intense). Le patrimoine génétique de la cellule peut ainsi être modifié et conduire à des cancers.

## Notion de doses radioactives

On quantifie les effets des radiations sur les êtres humains à l'aide de la notion de dose. Il y a plusieurs subtilités dans cette notion (voir la figure 2.8).

Tout d'abord, on parle de **dose absorbée**, $D$, qui est la quantité moyenne d'énergie $\bar{E}$ absorbée par unité de masse $dm$ de matière irradiée :

$$D = \frac{d\bar{E}}{dm} \qquad (2.8)$$

Elle s'exprime en gray (Gy) : $1 \text{ Gy} = 1 \text{ J} \cdot \text{kg}^{-1}$. C'est une dose physique qui ne tient pas compte de la nature inerte ou vivante de la matière exposée.

Il y a également le débit de dose qui est la dose de radiation absorbée par unité de temps (s'exprime en gray par seconde).

La notion de dose absorbée ne tient pas compte des effets biologiques.

Pour tenir compte des effets des rayonnements sur la matière vivante (le corps humain), on introduit les notions de dose équivalente et de dose efficace.

Pour cela, la dose absorbée (physique) est transposée en une dose absorbée moyenne $D_{T,R}$ dans le volume d'un organe ou d'un tissu $T$ due à un rayonnement de type $R$ (Nénot 2009).

On définit ainsi :

→ La dose équivalente dans un tissu ou un organe $H_T$ par :

$$H_T = \sum_{R} w_R D_{T,R} \qquad (2.9)$$

où $w_R$ est le facteur de pondération (sans unité) pour le rayonnement $R$. La somme est calculée pour l'ensemble des rayonnements impliqués. Le tableau 2.5 et la figure 2.9 donnent les valeurs de $w_R$ pour différents rayonnements.

→ La dose efficace $D_{eff}$ est la somme pondérée des doses équivalentes reçues par les tissus :

$$D_{eff} = \sum_{T} w_{T} H_{T} = \sum_{T} w_{T} \sum_{R} w_{R} D_{T,R} \qquad (2.10)$$

où $w_T$ est le facteur de pondération (sans unité) pour l'organe ou le tissu $T$. On a : $0 < w_T < 1$ et $\sum_T w_T = 1$. Le facteur $w_T$ est donné au tableau 2.6.

Les valeurs des facteurs de pondération sont déterminées empiriquement (Nénot 2009).

La dose équivalente ne concerne donc qu'un tissu ou organe $T$, la dose efficace concerne le corps entier. Elles s'expriment toutes les deux en sievert (Sv), sachant que physiquement on a : $1 \text{ Sv} = 1 \text{ J} \cdot \text{kg}^{-1}$, moyennant les facteurs de pondération exprimés ci-dessus, sans unités.
<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>**FIGURE 2.9** – Facteur de pondération $w_R$ pour un rayonnement de neutrons en fonction de l'énergie des neutrons. Source : ICRP (2017). © ICRP.</figcaption></figure>

<table><caption>**TABLE 2.5** – Facteur de pondération $w_R$ lié à la nature du rayonnement permettant d'obtenir la dose équivalente à partir de la dose absorbée. Il est sans unité. Pour les neutrons, voir la figure 2.9. D'après Nénot (2009).</caption><thead><tr><td>Nature du rayonnement</td><td>Facteur de pondération (w<sub>R</sub>)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Photons</td><td>1</td></tr><tr><td>Électrons et muons</td><td>1</td></tr><tr><td>Protons</td><td>2</td></tr><tr><td>Particules α, fragments de fission</td><td>20</td></tr><tr><td>Neutrons</td><td>fonction continue</td></tr></tbody></table>

<table><caption>**TABLE 2.6** – Facteur de pondération lié à la nature du tissu touché ($w_T$) permettant d'obtenir la dose efficace à partir de la dose équivalente. Il est sans unité, et la somme de tous les facteurs doit faire 1. D'après Foos (2009).</caption><thead><tr><td>Tissu</td><td>Facteur de pondération tissulaire (w<sub>T</sub>)</td></tr></thead><tbody><tr><td>gonades</td><td>0,20</td></tr><tr><td>moelle osseuse</td><td>0,12</td></tr><tr><td>colon</td><td>0,12</td></tr><tr><td>poumons</td><td>0,12</td></tr><tr><td>estomac</td><td>0,12</td></tr><tr><td>vessie</td><td>0,05</td></tr><tr><td>seins</td><td>0,05</td></tr><tr><td>foie</td><td>0,05</td></tr><tr><td>œsophage</td><td>0,05</td></tr><tr><td>thyroïde</td><td>0,05</td></tr><tr><td>peau</td><td>0,01</td></tr><tr><td>surface osseuse</td><td>0,01</td></tr><tr><td>reste</td><td>0,05</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>1,00</td></tr></tbody></table>
<table><caption>TABLE 2.7 – Extrait d'un tableau de facteurs de dose pour les membres du public (jeune enfant et adulte) pour quelques radionucléides, d'après Eckerman *et al.* (2012), tableaux F.1 et G.1.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Radionucléide</th><th rowspan="2">Mode d'incorporation</th><th colspan="2">Facteur de dose<br>(en mSv · kBq<sup>-1</sup>)</th></tr><tr><th>3 mois</th><th>adulte</th></tr></thead><tbody><tr><td>Iode 131</td><td rowspan="3">Ingestion</td><td>0,48</td><td>0,022</td></tr><tr><td>Césium 137</td><td>0,011</td><td>0,013</td></tr><tr><td>Uranium 238</td><td>0,14</td><td>0,045</td></tr><tr><td>Iode 131</td><td rowspan="3">Inhalation</td><td>0,072</td><td>0,0074</td></tr><tr><td>Césium 137</td><td>0,0088</td><td>0,0046</td></tr><tr><td>Uranium 238</td><td>1,9</td><td>0,5</td></tr></tbody></table>

## Le sievert

Le sievert sert à quantifier le risque stochastique induit sur la santé des sujets par de faibles rayonnements : risque supplémentaire de décéder un jour d'un cancer, risque de transmettre un jour une mutation grave à un descendant. On peut utiliser le sievert pour exprimer de faibles expositions, par exemple pour la radioprotection des travailleurs et du public dans des conditions normales. (Source : Wikipédia)

La notion de dose équivalente ou de dose efficace n'est pas valable pour les fortes doses (≥ 0,25 Gy; ≥ 0,25 Sv) car alors des effets déterministes (effets de seuil) apparaissent de manière certaine sur les tissus.

Pour les faibles irradiations, les risques sont stochastiques : les effets n'apparaissent pas de manière certaine.

Le gray et le sievert sont deux unités « homogènes » que l'on peut néanmoins difficilement comparer, à cause des facteurs de pondération sans dimension $w_R$ et $w_T$ qui interviennent dans la définition des doses équivalente et efficace qui, elles, s'expriment en sieverts. Le tableau 2.5 montre effectivement qu'un gray de particules $\alpha$ est ~ 20 fois plus cancérigène qu'un gray de photons ou d'électrons.

## Facteur de dose : du becquerel au sievert

On peut se demander comment on « passe » d'une activité (en becquerels) à une dose efficace reçue (en sieverts). On définit ainsi un facteur de dose qui s'exprime en Sv · Bq⁻¹, comme la dose efficace (en Sv) correspondant à l'ingestion ou l'inhalation de 1 Bq d'un radionucléide donné. Le facteur de dose ne concerne ainsi que les expositions internes. On ne peut pas évaluer d'expositions externes à l'aide de ces facteurs.

Le facteur de dose est calculé à l'aide de simulations prenant en compte un grand nombre de facteurs : biocinétique (absorption, rétention, distribution, excrétion des radionucléides dans un organisme vivant), type de radionucléide, voie d'incorporation (répartition dans les organes), période, etc. On distingue dans ces calculs l'exposition externe<fnref n="14" /> et l'exposition interne<fnref n="15" />.

Le tableau 2.7, qui donne quelques exemples de facteurs de dose, montre qu'un adulte reçoit une dose de 1 mSv s'il inhale, par exemple, 135 000 Bq d'iodé 131 ($\beta^-$) ou 2000 Bq d'uranium 238 ($\alpha$).

<footnote n="14">14. Dans l'exposition externe, la dose reçue dépend de très nombreux paramètres (caractéristiques de la source, position de l'individu, écrans de protection...).</footnote>

<footnote n="15">15. Dans l'exposition interne, on a une relation complexe entre l'activité et la dose efficace qui dépend du radio-nucléide (physico-chimie + type de rayonnement émis), du mode d'incorporation (ingestion ou inhalation) et de l'âge de l'individu.</footnote>
### 2.2.4 Effet de la dose reçue

Les effets produits d'une dose radioactive reçue peuvent être<fnref n="16" /> :

→ stochastiques (aléatoires) pour des faibles doses d'irradiation et dans le cas où la cellule a réussi à se réparer mais de manière incomplète, entraînant ainsi des modifications de sa fonction;

→ déterministes pour des doses plus fortes, entraînant la mort de la cellule à plus ou moins court terme.

La limite entre effets stochastiques et effets déterministes se trouve autour de 100 mSv. Au-delà, les études, en particulier le suivi de dizaines de milliers de survivants des bombardements d'Hiroshima et Nagasaki ont montré que le risque de cancers augmente. En deçà, les études n'ont pas établi de façon indiscutable l'existence d'une relation entre dose de rayonnements et risque de cancers ou maladies non cancéreuses notamment en raison des incertitudes qui accompagnent ce type d'étude. Une étude récente (David et al. 2021) semble montrer (ceci restant à confirmer) qu'une exposition à un rayonnement de fond (naturel) plus élevé aurait des effets bénéfiques sur la santé (en termes de longévité et de réduction de risque de cancer).

C'est pourquoi cette valeur de 100 mSv a été choisie pour définir schématiquement le domaine des « faibles doses »<fnref n="17" />.

Les études actuelles sur les « faibles » doses ne permettent pas d'exclure ni d'affirmer l'existence de risques pour les êtres vivants. Des recherches sont en cours, mais il est difficile d'attribuer les causes d'un cancer à telle ou telle exposition (radioactivité, génétique, environnement, etc.) de manière certaine. Cela nécessite des études longues avec un grand nombre de sujets pour avoir une réalité statistique. Il est clair que l'extrapolation des effets des fortes doses ne reflète pas du tout la réalité.

La limite réglementaire (en vertu du principe de précaution) pour la population de la dose annuelle admissible d'expositions d'origine artificielle (sauf celle reçue à des fins médicales) est fixée à 1 mSv par Commission internationale de protection radiologique (CIPR). Ce seuil a été fixé de manière à gérer les risques avec un coût acceptable. Pour les travailleurs, le seuil maximal recommandé est de 20 mSv par an.

Les effets déterministes d'une forte dose sont les suivants<fnref n="18" /> :

→ 1 Sv = nausées, vomissements, perte de cheveux,

→ 3 à 5 Sv = hémorragie et infection, apparition d'érythème sur la peau, stérilité permanente des ovaires (testicules > 5 Sv),

→ 5 Sv = dose létale pour 50 % des personnes exposées,

→ 10 Sv = dose létale pour 100 % des personnes exposées (en quelques jours),

→ 30 Sv = mort en quelques heures.

Le tableau 2.8 donne les valeurs de l'activité pour quelques substances courantes. Le tableau 2.9 donne quelques valeurs de la dose équivalente reçue dans différentes circonstances. Le tableau 2.10 donne quelques valeurs de doses ponctuelles reçues pour certains examens médicaux.

<footnote n="16">16. Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Radioprotection.</footnote>

<footnote n="17">17. Tiré du site de l'IRSN : https://www.irsn.fr/FR/connaissances/Sante/rayonnements-ionisants-effets-radioprotection-sante/effets-sanitaires-faibles-doses/Pages/1-comprendre-faibles-doses-rayonnements-ionisants.aspx#.Y-DQLi-ZO3A.</footnote>

<footnote n="18">18. https://fr.wikipedia.org/wiki/échelles et effets de doses de radiation.</footnote>
<table><caption>TABLE 2.8 – Valeurs de l'activité pour quelques substances.</caption><tr><td>Eau de mer</td><td>13 Bq/L</td></tr><tr><td>Poisson</td><td>100 Bq/kg</td></tr><tr><td>Corps humain</td><td>100 Bq/kg</td></tr><tr><td>Pomme de terre</td><td>150 Bq/kg</td></tr><tr><td>Sol sédimentaire</td><td>400 Bq/kg</td></tr><tr><td>Café</td><td>1000 Bq/kg</td></tr><tr><td>Cendre de charbon</td><td>2000 Bq/kg</td></tr><tr><td>Engrais phosphatés</td><td>5000 Bq/kg</td></tr><tr><td>Sol granitique</td><td>8000 Bq/kg</td></tr><tr><td>Combustible usé en sortie de réacteur nucléaire</td><td>10<sup>14</sup> Bq/kg</td></tr></table>

<table><caption>TABLE 2.9 – Quelques exemples de doses équivalentes.</caption><tr><td>Radioactivité naturelle annuelle en France (moyenne)</td><td>2,3 mSv</td></tr><tr><td>Passager d'un vol Paris-New-York</td><td>0,03 mSv</td></tr><tr><td>Un jour en station orbitale à 400 km d'altitude</td><td>1 mSv</td></tr><tr><td>Mission de 9 jours sur la Lune (Apollo 14)</td><td>11 mSv</td></tr><tr><td>Une cigarette</td><td>5 à 10 μSv</td></tr></table>

<table><tr><td>Panoramique dentaire</td><td>0,01 mSv</td></tr><tr><td>Radiographie des poumons</td><td>0,1 mSv</td></tr><tr><td>Mammographie</td><td>1,0 mSv</td></tr><tr><td>Rachis lombaire</td><td>1,5 mSv</td></tr><tr><td>Scintigraphie thyroïdienne</td><td>0,24 mSv</td></tr><tr><td>Scanner abdominal</td><td>10 mSv</td></tr><tr><td>Examen TEP-scanner corps entier</td><td>20 mSv</td></tr></table>

TABLE 2.10 – Quelques exemples de doses ponctuelles reçues lors de certains examens médicaux (ordres de grandeur).

La figure 2.10 montre la dose équivalente annuelle moyenne à laquelle un individu, en France, est exposé. Cette dose, d'environ 4,5 mSv se décompose en 2,3 mSv d'origine naturelle<fnref n="19" /> et 2,2 mSv d'origine artificielle<fnref n="20" />.

**Dose ponctuelle ou dose étalée dans le temps?** Chaque année, nous recevons, en France, en moyenne 2,3 mSv rien que par la radioactivité naturelle. À 43 ans, on atteint un cumul d'environ 100 mSv.

On sait peu de choses sur la « Remise à Zéro » : au bout de combien de temps peut-on remettre le compteur à zéro? Le peut-on seulement? La réponse dépend de nombreux facteurs

<footnote n="19">19. Le radon est un gaz émanant surtout des roches granitiques et volcaniques; tous ses isotopes sont radioactifs, leurs périodes vont de quelques heures à quelques jours. Il est produit par la désintégration de l'uranium 238; en France, en moyenne, on a ~ 90 Bq/m³, tandis qu'en Bretagne, on a : ~ 120 Bq/m³.
Le rayonnement provenant du sol, provient en particulier des sols granitiques.
Le rayonnement cosmique est provoqué par les particules énergétiques qui proviennent du Soleil ou du cosmos et qui viennent heurter les molécules de l'atmosphère créant ainsi des nucléides radioactifs, comme le carbone 14.</footnote>

<footnote n="20">20. Voir *L'exposition à la radioactivité en France*, IRSN, 2016, http://www.irsn.fr/FR/connaissances/Sante/exposition-population/exposition-population-france-metropole/Documents/IRSN_Infographie-Exposition-population_201609.pdf.</footnote>
<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>**FIGURE 2.10** – Dose équivalente annuelle moyenne en France. Données : IRSN 2016.</figcaption></figure>

(dose ponctuelle, autres facteurs biologiques, chimiques...)<fnref n="21" />! Néanmoins, une dose reçue d'un seul coup est plus nocive que si elle est reçue étalée sur une longue période.

## 2.3 Application des rayonnements

Les applications de la radioactivité sont vastes et souvent méconnues; elles sont pourtant à la pointe de la recherche, de la médecine, de l'industrie et de l'innovation.

L'utilisation de radioéléments est étroitement liée à leur production. On peut produire des isotopes radioactifs de différentes manières :

→ irradiation neutronique d'isotopes stables dans des réacteurs nucléaires de recherche ou de puissance (cobalt 60 ou iridium 192 de période longue);

→ séparation chimique des produits de fission issus des réacteurs de puissance (césium 137, strontium 90, krypton 85 ou iode 131);

→ irradiation d'isotopes stables par des particules chargées d'énergie élevée (α, deutons, protons, ions lourds, etc.) dans des cyclotrons (éléments de courte période comme le carbone 11, l'oxygène 15, le fluor 18 ou l'azote 13).

Selon l'utilisation que l'on veut en faire, le type de rayonnement que l'on souhaite, la durée de vie, etc., on peut produire différents radioéléments. Dans la suite, on présente quelques applications en recherche scientifique ou industrielle de l'utilisation de la radioactivité.

### Analyse par activation

L'analyse par activation consiste à bombarder un échantillon avec un rayonnement approprié (neutrons, protons, α, deutons ou γ, voir la figure 2.11). Le matériau bombardé est alors « excité » : les noyaux le constituant vont se désexciter en émettant un rayonnement, le plus souvent un rayonnement γ. On mesure le spectre (voir figure 2.12) de ces radiations émises, ce qui permet l'identification des noyaux sources et leur dosage. Cette méthode d'investigation est non destructrice, sachant que les détecteurs actuels permettent de déceler la désintégration de quelques noyaux seulement.

Elle permet également de réaliser des dosages ou d'identifier des composés en faible quantité.

<footnote n="21">21. Voir, par exemple : http://www.laradioactivite.com/site/pages/cumuldesdoses.htm.</footnote>
<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>FIGURE 2.11 – Illustration d'une chaîne de réactions possible pour l'analyse d'une cible par activation neutronique. Ce sont les photons γ émis (PGAA = *Prompt Gamma Activation Analysis* ; NAA = *Neutron Activation Analysis*) qui sont mesurés comme à la figure 2.12. Crédit : Julia Fraud. CC BY-NC-ND.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>FIGURE 2.12 – Spectre γ montrant différents éléments à courtes périodes mesurés dans un échantillon de poterie irradié pendant 5 secondes, qui a décru pendant 25 minutes et dont on a compté les photons pendant 12 minutes avec un détecteur HPGe (germanium hyperpur). Source : https://archaeometry.missouri.edu/naa_technical.html. © University of Missouri.</figcaption></figure>

Exemples d'utilisation de l'analyse par activation :

→ analyse de micro-météorites, d'œuvres d'art...

→ industrie chimique : détection d'impuretés (fabrication de corps très purs),

→ biologie : dosage des oligo-éléments,

→ dosage des composants des alliages en métallurgie,

→ dosage des dopants dans les semi-conducteurs,

→ etc.
Un exemple consiste à bombarder une cible avec des neutrons selon la réaction suivante :

$$ \substack{1 \\ 0} n + \underset{\substack{\text{stable} \\ \text{non excité}}}{A} X \rightarrow \underset{\substack{\text{radioactif} \\ \text{excité}}}{A+1} X^* \rightarrow \underset{\substack{\text{radioactif} \\ \text{excité}}}{A+1} X + \gamma \xrightarrow{\beta^-} \underset{\substack{\text{stable} \\ \text{non excité}}}{A+1} Y^* + e^- + \bar{\nu} \rightarrow \underset{\substack{\text{stable} \\ \text{non excité}}}{A+1} Y + \gamma $$

Cette chaîne de réactions est schématisée à la figure 2.11.

### Analyse par traceurs

L'analyse par traceurs consiste à ajouter dans une solution une quantité donnée d'isotopes radioactifs, et d'attendre que ces éléments se diluent et soient répartis de manière homogène dans tout le volume du liquide. On prélève alors un échantillon de fluide et on mesure son activité. Cela permet des mesures de masses, de volumes, de concentrations.

On peut ainsi suivre l'évolution et le comportement de composés impliqués dans des réactions ou processus physiques, chimiques, métaboliques...

Par exemple, on peut doser l'insuline dans le sang en la marquant avec de l'iodé 125; on peut mesurer le volume sanguin.

### Médecine nucléaire – radiothérapie

Les premières applications de la radioactivité datent de 1903, elles utilisaient la désignation du radium 226, fraîchement découvert, pour traiter les tumeurs cancéreuses.

Le traitement des affections cancéreuses se fait en utilisant l'effet de destruction cellulaire sélective par certains rayonnements : irradiation externe avec une source ponctuelle ou un accélérateur ; irradiation interne directement au voisinage de l'organe atteint ; et d'autres techniques spécifiques.

En France, près de 50 % des cancers ont été traités au moyen de ces techniques nucléaires en 2016²². Environ 40 % des cancers guéris le sont grâce aux effets thérapeutiques des radioéléments<fnref n="23" />.

### Médecine nucléaire – diagnostic in vivo

On peut également utiliser la radioactivité en médecine nucléaire non pour traiter mais pour diagnostiquer.

Le principe de la scintigraphie (figure 2.13) est de détecter des radiotraceurs spécifiques préalablement injectés dans l'organisme humain qui vont se fixer sur les organes à examiner sans perturber les processus métaboliques. On peut ensuite visualiser le fonctionnement de l'organe à traiter (ou à étudier) en suivant le trajet du radioélément dans le corps (thyroïde avec l'iodé, os avec le technétium 99m<fnref n="24" /> qui a la propriété de s'y fixer, etc.).

<footnote n="22">22. Voir : Institut National du Cancer - La radiothérapie. http://lesdonnees.e-cancer.fr/Themes/Soins/La-radiotherapie.</footnote>

<footnote n="23">23. La radiothérapie guérit 40 % des cancers, Le Figaro, 8 octobre 2015, http://www.lefigaro.fr/flash-actu/2015/10/08/97001-20151008FILWWW00204-la-radiotherapie-guerit-40-des-cancers.php.</footnote>

<footnote n="24">24. Le technétium 99m est un isomère nucléaire du technétium 99, c'est-à-dire un noyau dans un état d'énergie d'excitation particulier. Il se désexcite en émettant un photon $\gamma$ avec une période de 6 h pour donner du technétium 99, qui a lui, une période de 211 000 ans.</footnote>