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La science, en tant que corpus de connaissances mais également comme manière d'aborder et de comprendre le monde, s'est constituée de façon progressive depuis quelques millénaires. C'est en effet aux époques protohistoriques qu'ont commencé à se développer les spéculations intellectuelles visant à élucider les mystères de l'univers. L'histoire des sciences en tant que discipline étudie le mouvement progressif de transformation de ces spéculations, et l'accumulation des connaissances qui l'accompagne. Nous présentons ici quelques grandes lignes de cette évolution de la connaissance scientifique, ce qui constitue une histoire des sciences.

L'histoire des sciences n'est pas la chronique d'une série de découvertes scientifiques. C'est l'histoire de l'évolution d'une pensée, mais aussi d'institutions qui offrent à cette pensée les moyens de se déployer, et de traditions qui viennent l'enrichir.

L'histoire des sciences n'est pas l'histoire des techniques. Les unes et les autres sont bien sûr liées, mais ne peuvent être identifiées. Lorsque l'homme maîtrise le feu, taille des silex ou invente l'agriculture, il ne fait pas œuvre de science. Et les connaissances qu'il eut accumulées ne sont pas des connaissances scientifiques, mais des savoirs artisanaux traditionnels.

Préhistoire [modifier]

Historiquement la technique précède la science. En s'appuyant sur une démarche empirique, l'homme invente très tôt des outils et découvre le feu, c'est la période du paléolithique (qui commence il y a environ 2,5 millions d'années et s'achève vers le XIe millénaire av. J.-C.). Aucune science à proprement parler n'existe à cette époque.

La science et la magie ont été durant plusieurs millénaires très liées l'une à l'autre ^[1].

Le développement de l'agriculture et de l'élevage ne sont pas non plus sans rapport avec l'émergence de certaines protosciences, le calcul et l'astronomie en particulier^{[réf. nécessaire]}. Il faut par exemple compter les animaux, mesurer les quantités de grains, ce qui implique un certain art mathématique, et aussi se préoccuper de l'ordre des saisons pour les semailles et les récoltes, et la naissance de l'astronomie n'est peut-être pas étrangère à ces impératifs.

Si ces grandes étapes de l'histoire de l'humanité (élevage, agriculture, ...) participent à la construction de ce qui deviendra, bien des siècles plus tard, une pensée scientifique, il est essentiel, pour comprendre l'histoire des sciences, de les tenir non pour des explications de l'apparition de la science, mais bien pour des éléments d'une histoire complexe. De manière générale, l'histoire des sciences n'est ni linéaire, ni réductible aux schémas causaux simplistes qui se retrouvent parfois dans certains livres de vulgarisation^[2]

Antiquité [modifier]

L'homme pense son environnement depuis la nuit des temps, comme en témoigne les fresques préhistoriques. Mais ce n'est que quelques siècles avant l'ère chrétienne, tout au plus un millénaire, qu'a commencé à se former une véritable pensée scientifique, au croisement de diverses traditions : grecque bien sûr, mais également mésopotamienne, égyptienne, voire indienne ou chinoise.

Pré-science mésopotamienne et babylonienne [modifier]

Article détaillé : Sciences mésopotamienne et babylonienne.

C’est le sumérien qui devient pour la première fois une langue écrite, vers 3300 av. J.-C. Cette écriture fut utilisée au début pour le commerce. Des pictogrammes représentaient des objets et petit à petit, le besoin s’est fait sentir d’étendre le système. L’étape suivante, qui fut le début de l’établissement d’une véritable langue écrite, fut d’associer les sons à des pictogrammes et enfin de ne les associer qu’à des sons, offrant ainsi l’équivalent écrit d’une langue parlée. L’invention de l’écriture est une chose très importante pour la préservation et la transmission des idées. Le support d’écriture en Mésopotamie était l’argile présente sous de nombreuses formes, en tablettes bien sûr, mais aussi en forme de cylindres ou de prismes.

C’est sur des tablettes d’argile babyloniennes qu’on trouve la trace des premières mathématiques. Les quatre opérations de base se faisaient à l’aide de tables et la résolution de problèmes pratiques à l’aide de mots détaillant toutes les étapes. Bien que ces méthodes n’étaient pas pratiques à l'usage, elles avaient le mérite de fonctionner et de permettre de résoudre des équations allant jusqu’au troisième degré. Pas plus qu’en Égypte il ne semble y avoir eu de théorisation de ces algorithmes. On ne donnait que des exemples empiriquement constitués, certainement répétés par les élèves et les scribes. À ce titre, il s’agit donc d’un savoir-faire empirique, transmis comme tel, et non d’une science mathématique rationnelle. Cependant, cette algèbre ne sera pas étendue et il faudra attendre les travaux des mathématiciens musulmans pour développer cet aspect des mathématiques.

Toujours pour le commerce, il était nécessaire de nommer les animaux et les plantes. Mais ils ne se limitèrent pas à une simple énumération, ils les classifièrent et cela dépassait le domaine simplement marchand. C’est ainsi que des centaines d’animaux et plantes sont classifiés en « règnes » (les poissons, les crustacés, les serpents, les oiseaux ou encore les quadrupèdes).

Les Mésopotamiens connaissaient plusieurs maladies et avaient des remèdes pour chacune d’entre elles. Des textes et manuels médicaux avaient même été écrits, mais il semblerait que l’expérience du médecin était la plus importante. Les remèdes, à base de drogues végétales comme des racines mais aussi de minéraux comme le sel, côtoyaient la magie. À cette époque, on pensait par exemple que certaines plantes devaient être cueillies à certaines dates, administrées un certain nombre de fois (des chiffres comme le 3, le 7 et leurs multiples étaient très prisés). La récitation d’incantations faisait aussi partie du remède. Tout cela s’explique très logiquement par le fait qu’en ces temps, on pensait que les maladies étaient d’origine divine. Ainsi, si l’on désirait soigner le malade, il fallait apaiser les dieux.

Des cartes géographiques sont également réalisées, comme celle de la ville de Nippour (qui fut même utilisée par les archéologues explorant les vestiges de la cité). Une carte du monde fut même retrouvée, plaçant Babylone au centre et les distances représentées par la durée du voyage et non par les distances réelles.

Sciences égyptiennes [modifier]

Article détaillé : Papyrus Rhind.

L'Égypte ancienne, tout comme la Mésopotamie, est issue de la lointaine civilisation du Néolithique. Son existence et son maintien s'étendent sur plus de 3 000 ans. La civilisation égyptienne est liée à un lieu géographique unique qui la fonde entièrement : la vallée du Nil. C’est le Nil qui, par sa crue, apporte l’eau et le limon, c’est-à-dire la vie. L’irrigation/ drainage, technologie sophistiquée pensée à l’échelle du pays tout entier, permet le contrôle de l’inondation. L’existence d’une alternance entre années de bonnes et de mauvaises crues nécessite le stockage et la redistribution à l’échelle du pays, donc, dès 3000 av. J.-C., l’écriture. L’État s’organise à partir de nombreux fonctionnaires (scribes, prêtres, militaires) formés dans des écoles (l'école d'élite du kep fournit même un enseignement de haut niveau). Certains fonctionnaires, dans les Maisons de Vie, sont de véritables chercheurs pluridisciplinaires, en mathématiques, en astronomie, en médecine. Les scribes ne se cantonnent pas à l’empirisme, ils procèdent à une certaine conceptualisation des problèmes.

En mathématiques, le nombre pi est utilisé, depuis le Moyen Empire et probablement bien avant sous l'Ancien Empire, pour calculer l'aire du cercle : on lui attribue la valeur de 4 × (8 / 9) × (8 / 9), soit 3,16, ce qui donne sur pi une précision de 0,6 % (voir Quadrature du cercle). Les pyramides sont orientées par rapport à la course du Soleil (équinoxe) avec une précision de quelques minutes d’arc. C’est à Alexandrie, justement, que viendront se former les scientifiques grecs, et Euclide passera sa vie en Égypte, Thalès et Pythagore y étaient venus, Platon aussi semble-t-il. Mais les Égyptiens ne développent les sciences que dans une perspective pratique (construction architecturale, administration), et ne s'engage pas dans un examen "scientifique" du monde. De surcroît, ce n’est qu’avec les Grecs qu'apparaîtront les démonstrations. Certains auteurs^[3], sans remettre en question l'idée d'une rupture nette entre science égyptienne et science grecque, soulignent qu'on ne peut dénier aux sciences égyptiennes toute conceptualisation sans en avoir fait la démonstration par l'examen détaillé des textes. Ces thèses sont encore assez peu reconnues par la communauté des historiens des sciences^[4].

L’ingénierie égyptienne atteint une impressionnante efficacité : les Égyptiens ne mettent que trente ans à construire chacune des grandes pyramides. Le nombre d’ouvriers nécessaires, le volume de pierres à amener, le transport depuis les carrières, l’infrastructure nécessaire à la réalisation (rampes), la quantité de nourriture à apporter aux ouvriers, tout est calculé. La précision de la technique de taille des pierres, aussi, est réellement impressionnante et on ne comprend toujours pas comment les 20 000 ouvriers de la pyramide de Khéphren (que nous connaissons désormais par les fouilles) sont parvenus à rendre parfaitement jointifs des blocs aussi énormes en les montant là où ils se trouvent. Les temples, les obélisques et les tombeaux sont tout aussi impressionnants. Les scribes calculaient vite et bien, les ouvriers travaillaient vite et bien. Contrairement à une croyance tenace, l’esclavage n’existait pas en Égypte^[5] : ces ouvriers, détenteurs d’une haute technicité, sont particulièrement choyés^[6] par les pharaons.

Du fait de la pratique de l’embaumement, les médecins égyptiens ont une connaissance approfondie de l’intérieur du corps humain. Ils ont identifié et ont décrit un grand nombre de maladies dont ils ont trouvé ainsi les traces. Ils sont compétents en médecine cardiologique, gynécologique, des yeux, des voies intestinales et urinaires. Ils pratiquent avec succès des opérations. Ils sont les plus réputés de leur époque et on fait largement appel à eux, y compris depuis l'étranger. Comme pour les mathématiques, ils ont enseigné leur savoir oralement et au moyen d’un certain nombre de papyri (papyrus Ebers, papyrus Edwin Smith, papyrus Carlsberg). Ce n’est pas un hasard si les médecins grecs, comme leurs collègues mathématiciens ou astronomes, sont venus se former dans la Maison de Vie de la célèbre bibliothèque d’Alexandrie.

L'astronomie égyptienne, outre la cartographie du ciel, maîtrise la description précise du mouvement du Soleil et le calcul exact des éphémérides. Le zodiaque, dont nous avons hérité, n'est autre que le calendrier des saisons égyptiennes^[7]. Le calendrier pratique de 365 jours 1/4 est différent du calendrier administratif civil de 365 jours, le moment le plus important en est le lever héliaque de Sothis (Sirius), qui coïncide avec le début de la crue du Nil (le Verseau). Il s'agit bien d'astronomie, sans aucune arrière-pensée liée à l'astrologie, pratique qui sera introduite sur le tard par les Grecs.

La science égyptienne a nourri la science grecque à Alexandrie. Les Égyptiens sont, via les Grecs, une des sources de la science moderne.

Sciences grecques [modifier]

Article détaillé : Sciences grecques.

Aristote

Les sciences grecques héritent du savoir babylonien et, directement à Alexandrie, des connaissances scientifiques égyptiennes. Elles s'organisent autour des centres d'échanges que sont les grandes villes des colonies grecques, qui entourent alors le bassin méditerranéen. Les sciences grecques entretiennent un lien étroit avec la spéculation philosophique : la logique est née de la question de la cohérence du discours ; la physique de celle du principe de toutes choses.

Il n'y a d'ailleurs pas de frontière nette entre la science et la philosophie. La plupart des savants sont à la fois scientifiques et philosophes, pour la simple raison que la science n'est pas encore formalisée. Tout comme la philosophie, elle utilise exclusivement la langue naturelle pour s'exprimer. Ce n'est que plusieurs siècles plus tard avec Galilée que la science se formalisera, et commencera à se détacher de la philosophie. Cependant, on distingue deux grands mouvements de pensée, engendrés par deux écoles dont les influences s'entrecroisent :

• le monisme, ou idée de l'unité du monde pris dans sa totalité, historiquement introduit par les Milésiens, propose une vision d'un monde s'organisant à partir d'un principe générateur (en découlent quelques aspects de la pensée atomiste et du matérialisme).
• le formalisme, historiquement introduit par l'école pythagoricienne, propose une vision mathématique d'un Cosmos ordonné par les nombres, où la composante mystique est bien plus explicite puisque le nombre est une sorte d'idée du dieu (l'atomisme découlerait également du pythagorisme, dès lors que le nombre devient une entité corporelle).

Les deux courants portent en eux un attachement très fort à l'expérience. On parle de science « contemplative » pour désigner l'attitude antique des scientifiques grecs. L'astronomie en est l'exemple parfait.

Les Grecs sont considérés comme les fondateurs des mathématiques, car ils ont inventé ce qui en fait l'essence même : la démonstration. Thalès est parfois considéré comme le premier philosophe qui eut l'idée de raisonner sur les êtres mathématiques en eux-mêmes, sans plus s'aider de figures empiriques. L'arrivée de la preuve mathématique est certainement liée à l'installation de la démocratie et à la nécessité de démontrer la véracité de son discours, mais c'est avec Euclide qu'elle apparaît comme une composante intrinsèque de la pensée mathématique. On notera aussi que les mathématiques grecques sont avant tout de la géométrie et de l'arithmétique. Sur les treize livres des Éléments d'Euclide, qui constituent une somme des connaissances mathématiques du III^e siècle av. J.-C., neuf sont consacrés à la géométrie et quatre à l'arithmétique. Il est donc essentiel de comprendre que, pour les Grecs, le calcul ne fait pas partie des mathématiques. C'est l'affaire des comptables — les « logisticiens » suivant le mot grec — et les Grecs sont d'ailleurs de très piètres calculateurs. Le calcul sera avec l'algèbre l'une des grandes avancées des mathématiques arabes.

On peut retenir parmi les savants Grecs les plus connus, dans l'ordre chronologique, Thalès, Pythagore, Hippocrate, Aristote, Euclide et Archimède.

Sciences chinoises [modifier]

Article détaillé : Sciences chinoises.

Si la science moderne est née dans l'Europe du XVII^e siècle, bon nombre d'inventions et découvertes scientifiques ont été faites en Chine et font aujourd'hui partie de notre quotidien.

C'est le cas par exemple de la circulation sanguine, attribuée à William Harvey, de la Première loi de mouvement redécouverte par Isaac Newton, ou de l'imprimerie à caractères mobiles, réinventée par Johannes Gutenberg. Un des scientifiques les plus importants de la Chine était Shen Kuo (1031-1095), et il bien avant lui Zhang Heng (78-139).

Ainsi, les fruits de près de trente siècles de développements technologique et scientifique chinois, ont été transmis de l'Orient à l'Occident par de nombreuses voies (comme de l'Inde vers le monde arabo-musulman pour venir vers l'Europe). Durant plusieurs années, ces découvertes ont été soient minimisées, soient amplifiées à l'excès. Mais depuis les années 1960, la barrière de la langue est franchie et permet ainsi à l'Occident de mieux connaître l'Histoire de la Chine et son évolution scientifique.

Sciences hindoues [modifier]

Article détaillé : Sciences hindoues.

Tout comme en Chine, l'histoire des sciences hindoues est mal connue.

L'astronomie, comme pour les autres civilisations, a permis de définir les calendriers et de s'intéresser à l'astrologie. Mais ils n'allèrent guère plus loin. Ainsi, contrairement aux grecs et chinois, ils ne cartographièrent pas le ciel.

En ce qui concerne les mathématiques, ils furent dans un premier temps purement pratique. Ainsi, pour le commerce, il fut nécessaire d'établir des étalons de mesures identiques, comme ceux découvert à Mohenjo-daro. Il est ainsi probable que de telles unités de mesures furent également utilisées par d'autres villes. Ils développèrent une série de mots pour exprimer les très grands nombres, jusqu'à 10¹². Ils maîtrisèrent les nombres irrationnels et les racines carrés de 2 et 3 avec plusieurs décimales. Ils découvrirent également ce que l'on appelle le théorème de Pythagore. Mais ce qui reste le plus dans les esprits aujourd'hui est le zéro représenté par un point. La notation décimale que l'on appelle couramment chiffre arabe est également leur œuvre et fut adoptée plus tard dans le monde arabe par Al-Khwarizmi. Les principaux mathématiciens hindous furent Âryabhata qui notamment calcula les quatre premières décimales de Pi, et Brahmagupta qui travailla sur les séries de nombres et la définition du zéro.

En chimie ils réalisèrent de remarquables travaux dans la fusion du fer. Ce qui leur permit notamment de fondre de grands objets comme le pilier de fer de Delhi, qui mesurent plus de sept mètres de haut pour un poids de plus de six tonnes. La particularité de ce pilier est qu'il ne présente aucune altération ou trace de rouille. Il a fallut attendre 2002 et les travaux du professeur R. Balasubramanian pour en connaître l'origine^[8].

En médecine, ils découvrirent que certaines maladies étaient dues à des changements dans l'environnement (changement de saisons, mauvaise hygiène, etc.), mais ils ne cherchèrent pas à classifier les maladies. Le traité fondamental de la médecine hindoue est l'Ayurveda. Ce dernier expliquait que les maladies sont dues à un déséquilibre et qu'ainsi pour guérir un malade il faut remplacer les éléments nuisibles par ceux qui sont harmonieux. Des explications sur diverses opérations chirurgicales sont également présentes.

Moyen Âge [modifier]

Sciences arabes [modifier]

Article détaillé : Sciences et techniques islamiques.

Au Moyen Âge, les sciences grecques et indiennes sont préservées, notamment par la traduction en arabe de nombreux livres, présents dans la Bibliothèque d'Alexandrie. Ces sciences sont alors enrichies et diffusées par la civilisation arabo-musulmane qui vit alors un âge d'or (Al-Khwarizmi, Avicenne, Averroès).

On lui doit notamment de nombreux travaux en astronomie, en géographie, en optique, en médecine, mais aussi en mathématique (algèbre, analyse combinatoire et trigonométrie principalement).

Sciences de l'Europe médiévale latine [modifier]

Article détaillé : Science du Moyen Âge.

Thomas d'Aquin

Dans le haut Moyen Âge, les sciences se structurent autour des arts libéraux, dont la partie scientifique est constituée par le quadrivium, défini par Boèce au VI^e siècle. Bède le Vénérable le reprit (avec le comput), puis Alcuin, principal conseiller de Charlemagne, l'introduisit dans les écoles de l'empire carolingien.

Après les invasions vikings, arabes, et hongroises, l'occident médiéval (latin) s’approprie ensuite l'héritage grec et arabe. Vers l'an mil, Gerbert d'Aurillac (qui deviendra le pape Sylvestre II) rapporte d’Espagne le système décimal avec son zéro et réintroduit le quadrivium dans les écoles d'occident.

Au XII^e siècle, de 1120 à 1190 environ, un travail systématique de traduction des œuvres des scientifiques et philosophes grecs et arabes est effectué à Tolède et dans quatre villes en Italie (Rome, Pise, Venise, Palerme, voir par exemple Al Idrissi dans cette dernière ville), s'appuyant aussi sur les écrits philosophiques grecs (Platon, Aristote), eux aussi transmis par les arabo-musulmans (sauf Platon qui n'avait pas été perdu).

La diffusion progressive de ces connaissances au XII^e siècle dans tout l'occident aboutit à leur intégration par Albert le Grand dans les universités alors en création : Bologne, Paris (Sorbonne), Oxford, Salamanque, etc., avec les disciplines du droit (voir Renaissance du XII^e siècle).

Au XIII^e siècle, la théologie de Thomas d'Aquin, à l'université de Paris, s’appuie sur les écrits d'Aristote qui vont longtemps faire autorité en matière de méthode scientifique et philosophique (on ne faisait pas vraiment la différence entre ces deux domaines).

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