Histoire des sciences et technologies

Je réponds à ceci ici, puisque la discussion originale part dans tous les sens et qu'on va finir par s'y perdre.

yoda a écrit:

En sciences, le savoir a tendance à évoluer par à-coups aussi parce que certaines découvertes sont à la sources de multitudes d'autres, tandis que parfois on tâtonne longtemps sans trop avancer.

Je me suis intéressé à un moment à l'histoire des sciences et technologies et je pense pouvoir donner une explication à cette avance par à-coups qu'on constate tous.

Prenons l'histoire de l'aviation qui est vraiment un des exemples-type, l'autre étant étant souvent la photographie.

Pendant des siècles, l'homme rêve de voler. Il y a quelques essais empiriques, mais rien de probant ne se passe. Pourtant quelques bons ingénieurs, comme Léonard de Vinci se penchent sur la question, mais la science et la technologie de l'époque ne permettent pas grand chose. Les seuls à inventer un engin volant, ce sont les chinois avec leurs cerf-volants qui vont finir par être assez bien construits pour emmener un homme dans les airs pour faire de l'observation militaire.

Vers le XVIIIème siècle, les connaissances scientifiques et technologiques permettent l'exploration d'une seconde voix : les ballons, qui deviendront dirigeables vers la fin de XIXème siècle.

On pense souvent, à tort, que les premiers aviateurs se sont lanças dans l'aventure sans connaissances théoriques. On croit que seul l'empirisme à prédominé pendant les 15 ans qui ont vu la naissance de l'aviation. Or, ces inventeurs avaient souvent comme livre de chevet le livre d'un ingénieur américain d'origine française (certains parlent d'un ingénieur français vivant aux USA ...) "Progress in flying machines". Tous, sauf 1 : Ader qui a fait voler l'Eole en 1890 alors que le livre de Chanute est paru en 1894.
Le livre de Chanute offre un grand avantage, il rend compte de toutes les recherches théoriques ou pratiques effectuées à ce jour et suggère quelques solutions. Solutions qu'il essayera de valider en embauchant quelques jeunes aviateurs qui essayeront de voler sur ces créations (des planeurs). L'avion des frères Wright est directement inspiré des travaux de Chanute et le théoricien français de l'époque, Ferber, va adopter les principes des Wright. Tandis que d'autres, comme Gabriel Voisin va aller vers d'autres solutions qui lui semblent plus prometteuses.

Pourquoi j'insiste ainsi sur un tel moment ? C'est simple : au début,la recherche est très empiriste, on sait ce qu'on veut, mais on ne sait somment l'obtenir. On fait donc des essais dans tous les sens, mais on observe aussi. Au bout d'un moment, on a le résultat des observations, mais aussi des multiples essais, à partir de cela on va commencer à élaborer des théories. Et on va les tester. Certaines s'avèreront fondées, d'autre pas ! Parmi celles qui s'avèreront fondées, certaines passeront à la postérité à long terme, d'autres pas. Ainsi, nos avions modernes sont plus des descendants des idées de Gabriel Voisin que de celles des frères Wright... Pourtant, c'est l'avion des Wright qui a volé en premier.

Il y a ensuite un moment, ou tout le monde teste tout et n'importe quoi : normal, on est arrivé au bout des supports théoriques initiaux et il faut pour se développer découvrir les diverses lois de l'aérodynamique. Et on va les découvrir, une par une, tout au long des premières décennies du XXème siècle. Parfois, dans la douleur quand les échecs succèdent aux échecs entrainant de nombreuses morts d'homme. La saga de l'aviation nous montre des héros partants sur des appareils bricolés à partir de quelques morceaux de bois, un peu de toile et un moteur poussif, on oublie juste de dire que la plupart de ces héros étaient aussi des ingénieurs et des inventeurs géniaux et si parfois le résultat de leurs études nous fait bien rire quand on les regarde aux actualités de l'époque, il faut se dire qu'ils ne savaient pas grand chose du domaine scientifique qu'ils commençaient à défricher.

Mais, vers la fin des années 30, on voit se profiler un mur à l'horizon de l'aviation : le mur du son. Contrairement à ce qu'on pense, on l'atteint déjà pour des avions qui volent à 500km/h ... on l'atteint en bout d'hélice. Et oui, dans sa rotation, l'hélice atteint la vitesse du son et on rapporte des cas de vibrations et de destruction de cette hélice. Or, pour avoir des moteurs puissant, il faut pouvoir transmettre cette puissance et dans un premier tmps, on avait augmenté la taille de l'hélice. On va donc diminuer la taille et augmenter le nombre de pales. De 2, on va passer à 3, puis 4, puis 5, 6 et pour terminer certains avions à hélice de 1945-48 auront 2 hélices contrarotatives mises l'une derrière l'autre. Là, on est un peu dans l'empirisme, on a une difficulté devant soi, on va chercher une solution palliative pour garder la solution actuelle pérenne. Mais, tout le monde est conscient, il va falloir supérer cette limite qu'est le mur du son.
Premier point : il faut un moteur qui fonctionne des 2 cotés du mur. Les problèmes liés à l'hélice empêchent d'utiliser les moteurs à explosion, on va donc inventer le moteur à réaction. Mais, le moteur n'est pas tout.
Second point : l'exploration du domaine aérodynamique à l'abord du mur du son et au-delà. C'est là qu'on verra l'un des premiers vrais programmes de recherches de type moderne. Les USA montent une équipe formées par 2 ou 3 très bons pilotes d'essais, par des ingénieurs théoriciens très compétents dans les domaines concernés et des ingénieurs qui doivent transcrire la théorie en objets pratiques. Ce programme d'essais créé au sein d'une agence gouvernementale qui va devenir la NASA, va aboutir au premier passage du mur du son par Chuck Yeager. Mais avant ce passage, on a analyser avec son avion tout le domaine transsonique et on a adapté son avion pour qu'il puisse voler à ces vitesses-là. Le programme se poursuivra ensuite avec l'exploration du domaine supersonique et c'est les lois qu'ils ont découvertes qui sont encore appliquées de nos jours sur la plupart des appareils supersoniques existants.

Donc, en science, on alterne des phases de tâtonnements et des phases avec de multiples innovations.
Les phases de tâtonnements ont 3 causes à mon avis :
- on ne connait rien du domaine qu'on étudie et on accumule des observations et des expériences qui vont permettre 'élaborer des théories;
- on est arrivé au bout de la compréhension des théories actuelles et on se retrouve dans le cas 1 pour le prochain domaine;
- on a une base théorique que l'on sait valide, mais on n'a pas encore compris comment la traduire en objets technologiques applicables.
Les phases de multiples innovations sont toutes les autres phases : on a une ou plusieurs théories qui donnent des résultats et on va explorer ce qu'elle peuvent donner en réalisant de multiples prototypes qui vont devenir de multiples appareils opérationnels.
Au début, on l'a vu dans de nombreux domaines : aéronautique, informatique, ...; ces sciences sont accessibles par n'importe qui ou presque. Des gamins qui bricolent au fond du garage ont monté des sociétés informatiques à la fin des années 70. Petit à petit, la plupart des sociétés ont coulé ou se sont fait rachetées. Actuellement, il faut de si gros moyens pour faire de la recherche dans les microprocesseurs qu'il n'y à plus que quelques sociétés privés qui sont capable de mener la recherche dans ce domaine et quelques laboratoires publics. On est arrivé en informatique au point ou l'on était après guerre dans l'aviation : un besoin de recherches, mais qui requiert de grosses capacités technologiques et financières.

Moi qui suis plutôt passionné de microscopie, je remarque que les avancées dans ce domaine sont principalement dues aux mathématique et physique théoriques, qui permettent de résoudre des problèmes en théorie avant de le faire en pratique.

Dans d'autres domaines c'est plutôt la science des matériaux qui doit être développée avant d'avancer (panneaux solaires, semi-conducteurs, etc). On sait où on veut aller mais on n'a pas les moyens de le faire.

En fait tes cogitations te montrent tout simplement la méthode scientifique, résumée par oheric

- Observation
- Hypothèse
- Expérience
- Résultats
- Interprétation
- Conclusion

L'air de rien cette méthode a quand même pas mal marché jusque là. En tout cas ca marche mieux que les prières.

Nard,
Il me semble que tu passes un peu vite sur les planeurs et Otto Lilienthal...

Steph a écrit:

En fait tes cogitations te montrent tout simplement la méthode scientifique, résumée par oheric

- Observation
- Hypothèse
- Expérience
- Résultats
- Interprétation
- Conclusion

L'air de rien cette méthode a quand même pas mal marché jusque là. En tout cas ca marche mieux que les prières.

Parfois l'observation suit l'hypothèse.
Deux exemples :

• Pendant longtemps, on imaginait la sexualité des animaux comme les mâles se battant pour la femelle. Puis la libération de la femme a eu lieu, et on a réalisé que c'était plutôt les mâles qui se battaient pour que la femelle les choisisse. Avec la libération de la femme et Darwin, des chercheurs ont réalisé que pour une femelle d'une espèce monogame où le mâle s'implique dans le soin des petits, la meilleure stratégie évolutive était de trouver le partenaire le plus apte à élever les petits. Mais comme ce partenaire n'est pas forcément celui avec les meilleurs gènes, d'aller se faire féconder par un autre doté de meilleurs gènes en catimini. Et c'est seulement une fois qu'on a émis cette théorie (favorisée par notre société humaine) qu'on a observé ces comportements d'adultère...
  
• En histoire, ça fait un bout de temps qu'on étudie la chute de diverses civilisations. Mais c'est seulement depuis que la nôtre est menacée d'une catastrophe écologique (et même climatique) que les historiens trouvent des facteurs similaires dans des civilisations éteintes... sans pourtant que ce soit une avancée technique qui permette de faire des observations !

Bonne remarque. Oui en fait "observation" ne se limite pas à observer le phénomène à propos duquel on fera une hypothèse, mais plutôt (et d'ailleurs Narduccio y fait un peu référence aussi) utiliser des connaissance horizontalement.

Par exemple: des observations faites sur le virus du SIDA peuvent être utilisées pour poser des hypothèses concernant le virus HTLV-I, proche cousin (pas de moi, du SIDA).

lgda a écrit:

Nard,
Il me semble que tu passes un peu vite sur les planeurs et Otto Lilienthal...

J'ai fait un résumé, j'ai pas dit que je faisais une encyclopédie sur l'aviation. J'ai fait l'impasse sur un tas de monde, pas seulement Lilienthal.
En fait, les planeurs, c'est la continuation de la voie du cerf-volant. Tandis que Chanute pense très vite qu'il faut un moteur. Or, certains à l'époque prétendent qu'on arrivera jamais à faire un moteur suffisamment léger et puissant pour qu'on le mette sur une machine volante autre qu'un dirigeable.
De plus, la direction sur un planeur est donnée par le pilote qui déplace le centre de gravité en ce déplaçant. Les Wright inventeront un système ou on gauchit la structure de l'aile. Les ailerons seront inventés par l'équipe de l'AEA de Glenn Curtiss (et c'est Farman qui invente le mot "aileron").

narduccio
Superbe résumé que j'ai littéralement dévoré. J'ai apprécié le style la formulation et la chronologie... je suis conquis.

... un système ou on gauchit la structure de l'aile.
A le relire ça m'a donné froid dans le dos. Vilain parti pris là.

narduccio a écrit:

[J'ai fait l'impasse sur un tas de monde, pas seulement Lilienthal.
En fait, les planeurs, c'est la continuation de la voie du cerf-volant. Tandis que Chanute pense très vite qu'il faut un moteur.

Oui mais peu avant sa mort, Lilienthal étudiait la possibilité de la motorisation....

Et on peut difficilement mettre les planeurs de Lilienthal parmi les cerfs-volants. En effet, il a le premier construit des ailes bombées et mis en évidence la portance de l'extrados.

Evidemment des constructeurs ont bâti des avions aux ailes plates comme celles des cerfs volants mais sans les ailes bombées, on en serait encore aux 14-bis de Santos-Dumont...

narduccio a écrit:

Actuellement, il faut de si gros moyens pour faire de la recherche dans les microprocesseurs qu'il n'y à plus que quelques sociétés privés qui sont capable de mener la recherche dans ce domaine et quelques laboratoires publics. On est arrivé en informatique au point ou l'on était après guerre dans l'aviation : un besoin de recherches, mais qui requiert de grosses capacités technologiques et financières.

En effet , les couts de recherchent suivent aussi la loi de Moore (x2 par point technologique) et de ce que j'ai vu ca ne va aps en s'arrangeant.
On en est a l'etape d'apres de ce que tu sites, meme les grosses boites s'allient pour faire la R&D, les instituts peinent a suivre et manque pour beaucoupde moyens.
Il y a 10 ans (putaing deja !!!) le Leti faisait sa recherche et transferait aux industriels
Pendant ma these (2002), le Leti s'associe a ST pour faire la recherche, ST fournit l'equipement
Peu apres ST, freescale, Phillips s'associent
Maintenant on en est au niveau au dessus AMD - TSMC (premier fondeur pour tout ce qui n'est pas microprocesseurs, et en volume tressssss loin devant Intel)

A cote de ca, il reste des marches de niches ou les autres peuvent aller.
La actuellement la ou je bosse on developpe avec IBM la techno 0,18µm pour les circuit hautes tension (10-100V) ca fait 4 ans qu'on est dessus

A cote de ca, certains des resultat auxquels j'ai eu acces durant ma these ne sont pas encore sorti le 20nm est prevu pour 2015

buck a écrit:

narduccio a écrit:

Actuellement, il faut de si gros moyens pour faire de la recherche dans les microprocesseurs qu'il n'y à plus que quelques sociétés privés qui sont capable de mener la recherche dans ce domaine et quelques laboratoires publics. On est arrivé en informatique au point ou l'on était après guerre dans l'aviation : un besoin de recherches, mais qui requiert de grosses capacités technologiques et financières.

En effet , les couts de recherchent suivent aussi la loi de Moore (x2 par point technologique) et de ce que j'ai vu ca ne va aps en s'arrangeant.
On en est a l'etape d'apres de ce que tu sites, meme les grosses boites s'allient pour faire la R&D, les instituts peinent a suivre et manque pour beaucoupde moyens.
Il y a 10 ans (putaing deja !!!) le Leti faisait sa recherche et transferait aux industriels
Pendant ma these (2002), le Leti s'associe a ST pour faire la recherche, ST fournit l'equipement
Peu apres ST, freescale, Phillips s'associent
Maintenant on en est au niveau au dessus AMD - TSMC (premier fondeur pour tout ce qui n'est pas microprocesseurs, et en volume tressssss loin devant Intel)

A cote de ca, il reste des marches de niches ou les autres peuvent aller.
La actuellement la ou je bosse on developpe avec IBM la techno 0,18µm pour les circuit hautes tension (10-100V) ca fait 4 ans qu'on est dessus

A cote de ca, certains des resultat auxquels j'ai eu acces durant ma these ne sont pas encore sorti le 20nm est prevu pour 2015

Intéressant! Est-ce que tu penses que quelque chose de complètement innovateur (par opposition au développement effréné d'une même technologie), par exemple les bioprocesseurs (informatique organique), permettraient justement de repartir sur une petite échelle?

narduccio a écrit:

On pense souvent, à tort, que les premiers aviateurs se sont lanças dans l'aventure sans connaissances théoriques... Ader qui a fait voler l'Eole en 1890 alors que le livre de Chanute est paru en 1894.

À mon avis c'est effectivement à tort !
Oui, mais Ader à inventé la théorie, notamment sur la portance des ailes...et s'est donc passé du bouquin...

Anthracite a écrit:

Oui, mais Ader à inventé la théorie, notamment sur la portance des ailes...et s'est donc passé du bouquin...

Oui, Ader est presque une espèce de météorite. Surgit de nulle part ou presque, au termes d'années d'études, il trouve une théorie exploitable et va développer des prototypes là-dessus. Mais, en réalité, c'est un ingénieur très sérieux qui fait un vrai travail de praticien et de théoricien. Loin de la vision romantique du jeune bourgeois qui rêve de réaliser un plus lourd que l'air et qui passe sont temps à regarder voler les mouettes ou les pigeons en rêvassant.

Ce qui est dommage, c'est qu'en vulgarisation, on oublie ou on se gausse souvent de cette phase initiale ou l'on part d'une feuille blanche et ou il faut découvrir les premières approches théoriques.

lgda a écrit:

narduccio a écrit:

[J'ai fait l'impasse sur un tas de monde, pas seulement Lilienthal.
En fait, les planeurs, c'est la continuation de la voie du cerf-volant. Tandis que Chanute pense très vite qu'il faut un moteur.

Oui mais peu avant sa mort, Lilienthal étudiait la possibilité de la motorisation....

Et on peut difficilement mettre les planeurs de Lilienthal parmi les cerfs-volants. En effet, il a le premier construit des ailes bombées et mis en évidence la portance de l'extrados.

Évidemment des constructeurs ont bâti des avions aux ailes plates comme celles des cerfs volants mais sans les ailes bombées, on en serait encore aux 14-bis de Santos-Dumont...

Là aussi, j'avais schématisé. Si j'ai bien compris, à la fin du XIXème siècle, il y a 2 voies d'études pour les plus lourds que l'air : le vol battu des oiseaux et les cerfs volants. En fait, les 2 écoles vont découvrir les mêmes lois, les lois de l'aérodynamique. La voies des cerfs-volants (Lilienthal) découvre assez vite la courbure de l'aile. En fait, une aile plate génère aussi une certaine portance, mais très faible. Pour augmenter la portance, il faut soit agrandir la taille de l'aile, soit découvrir l'aile bombée. Il me semble avoir lu quelque part que certains cerf-volants chinois avaient déjà des profils qui donnent plus de portance que des profils plats.

Pour le vol dit battu, on part du principe qu'il faut un moteur et on se rend vite compte que l'homme ne peut donner suffisamment d'énergie pour faire voler un appareil. On bafouillera un moment avant de trouver le bon vecteur de cette énergie (l'hélice) ce qui donne des engins totalement déjantés. Après, il faudra trouver un moteur qui allie légèreté, puissance et endurance. Le moteur de Clément Ader développait 20 cv pour 35 kg. Le moteur des frères Wright en développait 12 cv pour 75 kg.

Mais, ni les frères Wright, ni Clément Ader ne peuvent se vanter d'être les premiers à avoir fait voler des plus lourds que l'air. On a fait voler des planeurs motorisés sans pilots environ 30 ans avant les essais d'Ader.

http://fr.wikipedia.org/wiki/F%C3%A9lix_du_Temple

Juste une anecdote en passant. Quand je raconte l'histoire de la Naca et du X1, ou peut penser que c'est la première fois que de telles équipes mixtes fonctionnement. En fait, il y en a eut beaucoup.

Je suis tombé un jour sur Gallica sur un livre des environs de 1840 qui racontait des essais réalisés sur des canons sur un terrain militaire en bord de mer.

Avec des canons courants de l'artillerie de l'époque, on tirait des salves sur le sable en notant tous les critères : poids, densité, diamètre du boulet; diamètre de l'orifice du canon; quantité, qualité, humidité de la poudre; vitesse, direction, force du vent. A partir de là, il y avait des extrapolations scientifiques pour déterminer les lois qui régissent le bon résultat d'une canonnade. Le bouquin faisait dans les 300 pages. Faut que j'en retrouve la référence.

Steph a écrit:

Intéressant! Est-ce que tu penses que quelque chose de complètement innovateur (par opposition au développement effréné d'une même technologie), par exemple les bioprocesseurs (informatique organique), permettraient justement de repartir sur une petite échelle?

Pour l'instant ils sont toujours sur la meme chose, meme si le composant en lui meme a pas mal evolue.
En gros la limite que je vois sera aux alentours de 5nm a cause du bruit thermique qui sera trop eleve, et perturbera le fonctionnement du transistor, et la ca sera le SET single electron transitors, compose d'un ilot d'atomes, et passage de qq electrons.
En gros je vois une visibilite sur les 20 prochaines annees.
Les transistors organiques ne sont pas encore au point, et je ne pense pas qu'il le seront assez tot (j'ai lu il y a peu un delai de 50 ans° par contre la filiaire carbone (nanotube ou graphenes) pourrons prendre le relais entre les 2.
Ordi quantique, on oublie, moi je n'y crois pas

narduccio a écrit:

Anthracite a écrit:

Oui, mais Ader à inventé la théorie, notamment sur la portance des ailes...et s'est donc passé du bouquin...

Oui, Ader est presque une espèce de météorite. Surgit de nulle part ou presque, au termes d'années d'études, il trouve une théorie exploitable et va développer des prototypes là-dessus. Mais, en réalité, c'est un ingénieur très sérieux qui fait un vrai travail de praticien et de théoricien. Loin de la vision romantique du jeune bourgeois qui rêve de réaliser un plus lourd que l'air et qui passe sont temps à regarder voler les mouettes ou les pigeons en rêvassant.

Ce qui est dommage, c'est qu'en vulgarisation, on oublie ou on se gausse souvent de cette phase initiale ou l'on part d'une feuille blanche et ou il faut découvrir les premières approches théoriques.

Ceux qui se gaussaient sont ceux qui avaient cru à l'opinion répandue à l'époque.
Et ceux qui ont essayé en croyant à ce qu'on disait, et il y en a eu, sont morts en essayant.

buck a écrit:

Les transistors organiques ne sont pas encore au point, et je ne pense pas qu'il le seront assez tot (j'ai lu il y a peu un delai de 50 ans° par contre la filiaire carbone (nanotube ou graphenes) pourrons prendre le relais entre les 2.

Si les limites du "classique" sont de 5 nm, les nanotechnologies n'apporteront pas grand chose, vu que leur taille est également du même ordre. a moins qu'un paramètre autre que les dimensions ne joue un rôle?

Steph a écrit:

buck a écrit:

Les transistors organiques ne sont pas encore au point, et je ne pense pas qu'il le seront assez tot (j'ai lu il y a peu un delai de 50 ans° par contre la filiaire carbone (nanotube ou graphenes) pourrons prendre le relais entre les 2.

Si les limites du "classique" sont de 5 nm, les nanotechnologies n'apporteront pas grand chose, vu que leur taille est également du même ordre. a moins qu'un paramètre autre que les dimensions ne joue un rôle?

Il est possible que si, notamment sur les pertes qui devraient etre moindres sur du moleculaire. Il y a aussi des possibilites 3D etendues, donc une plus forte integration, et moins de degagement thermique