Illustration ambigüe de la déformation de l'espace-temps par la gravitation représentée comme si elle était un poids, donc un effet... de la gravitation.
Si vous cherchez sur Internet des représentations de l'atome, vous obtiendrez à coup sûr des dizaines d'images de systèmes planétaires en miniature avec des électrons qui gravitent autour d'un noyau telles des planètes qui gravitent autour d'une étoile.
Cette représentation découle du modèle atomique élaboré par le physicien Ernest Rutherford en 1911 pour expliquer les déviations d'ions d'hélium projetés sur une feuille d'or de quelques nanomètres d'épaisseur. Le modèle planétaire ne décrit que partiellement et incorrectement les connaissances de l'époque, mais l'image a frappé l'imaginaire et elle est encore très fréquemment utilisée dès qu'il est question d'atomes.
«Cette icône a été réprouvée quelques années après son introduction il y a un siècle», affirme Hugo Casanova, qui vient de consacrer sa maitrise à ce sujet. Étant donné qu'il existe des figures plus fidèles aux connaissances que nous avons aujourd'hui de l'atome, il s'est demandé pourquoi la représentation de Rutherford demeurait omniprésente dans la presse de vulgarisation scientifique.
Ce modèle planétaire de l'atome fait davantage figure de symbole que de représentation fidèle de la réalité.
L'objet et sa représentation
Dans sa recherche dirigée par Lorna Heaton, professeure au Département de communication de l'Université de Montréal, Hugo Casanova a analysé les diverses représentations de l'atome relevées dans les numéros de deux revues de vulgarisation, soit Science & Vie et Popular Science, publiés entre 1950 et 2000.
Comme l'objectif était de comprendre comment une illustration module la représentation que nous avons d'une réalité scientifique, les figures ont été classées selon le nombre d'étapes entre l'objet lui-même et la représentation mentale qui découle de la figure.
Ce ne sont pas les illustrations qui comportent le plus d'étapes qui sont les plus fidèles aux connaissances actuelles mais celles qui en comprennent le moins. On trouve notamment dans cette catégorie les photos obtenues à l'aide de microscopes ioniques ainsi que les images de collisions de particules survenues dans les accélérateurs. Seulement 15 % des 270 illustrations analysées sont de ce type.
Illustration de type nuage électronique qui cherche à tenir compte du caractère probabiliste de la structure de l'atome: le spectre de couleurs représente la probabilité de trouver l'électron à un endroit donné.
«Ces photos ne donnent pas une image directe de l'atome; elles captent plutôt les effets de sa manipulation, précise le chercheur. Elles nécessitent des explications exhaustives et leur valeur de vulgarisation est quasiment nulle.»
Presque toutes les autres figures se rapprochent du modèle de Rutherford, que ce soit sous la forme d'un dessin, d'un schéma ou d'une maquette à trois dimensions.
«Ce genre d'illustration n'est pas utilisé par les physiciens parce qu'il rend mal la réalité; ils n'en ont pas besoin», affirme-t-il. Et quel que soit le type de figure, il s'agit toujours d'une représentation du modèle théorique de l'atome et non une image de l'objet.
Fidèles mais complexes
Mis à part les photos de laboratoires, les rares représentations qui réussissent à aller au-delà du modèle planétaire, telles celles qui cherchent à traduire le caractère ondulatoire et diffus de l'électron qui n'occupe pas de position précise, sont très complexes et pour ainsi dire impossibles à comprendre pour un non-spécialiste.
Hugo Casanova
«La structure de l'atome a une nature probabiliste et ses éléments ne peuvent pas vraiment être décrits sans l'aide de l'abstraction mathématique», écrit Hugo Casanova dans son mémoire.
Certaines illustrations très détaillées ou réalisées en 3D sont même à ses yeux «complètement absurdes, insensées et aberrantes». C'est notamment le cas lorsque l'on confère à des constituants de la matière, comme les protons et les quarks, des attributs de la matière elle-même.
Ce problème se pose également à l'autre extrémité de la physique, c'est-à-dire dans l'infiniment grand, quand il s'agit d'illustrer la déformation de l'espace-temps due à la gravitation. L'illustration classique d'une sphère qui déforme une toile quadrillée est un non-sens, puisque cette déformation est due à une pression sur la sphère alors que c'est précisément cette force qu'on cherche à illustrer.
Contextualiser l'image
Ces observations amènent le chercheur à se questionner sur la pertinence de telles figures dans la presse de vulgarisation. «À quel point le public a-t-il besoin de connaitre la science fondamentale? se demande-t-il. Peu importe les efforts des vulgarisateurs, une différence persiste entre la conception scientifique et la conception profane de toute notion.»
La persistance du modèle planétaire de l'atome lui parait être un effet d'accoutumance et non une attestation de sa valeur scientifique. Cette image, simple, esthétique et facilement reconnaissable, s'avère ainsi être davantage un symbole que le reflet fidèle de la réalité.
Ces illustrations ont tout de même un avantage, reconnait-il. Elles contribuent à donner une vision ordonnée et unifiée de la science, à établir sa crédibilité, alors que miser sur l'aspect probabiliste de l'atome quantique risque de conduire, dans l'opinion populaire, à un discrédit du type «la science ne sait rien».
Puisque l'analogie est impossible à éviter dans le traitement graphique de réalités abstraites, il importe, selon Hugo Casanova, que les vulgarisateurs contextualisent les illustrations, expliquent de façon claire quelles en sont les limites et même qu'ils soulignent le risque d'erreur qu'elles comportent.
Mais de telles précautions se sont malheureusement avérées fort rares dans le matériel étudié.
