La physique traumatisée par la fraude

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La RecherchePhysique par Luc Allemand dans mensuel n°361 daté février 2003 à la page 46 (2278 mots) | Gratuit
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Hendrik Schön avait publié en deux ans plusieurs dizaines d’articles scientifiques, dont beaucoup présentaient des résultats exceptionnels. Une enquête suscitée par des anomalies dans ces publications a révélé qu’il s’agissait d’une mystification. Mais celle-ci aurait-elle été possible sans l’étrange complicité de ses collègues, de ses employeurs et des éditeurs de journaux ?

Le 25 septembre 2002 est un jour noir dans l’histoire de la physique. Ce mercredi-là, une commission d’enquête présidée par Malcolm Beasley, spécialiste de supraconductivité à l’université Stanford, rend public le rapport qu’elle a remis la veille à la direction des Bell Laboratories de Murray Hills, dans le New Jersey. Après plus de quatre mois d’enquête, elle conclut que Hendrik Schön, un jeune physicien d’une trentaine d’années employé par cette entreprise, s’est rendu coupable de l’une des plus grandes fraudes scientifiques jamais révélées1.

Le bilan est accablant. Parmi la centaine d’articles signés par Schön depuis son arrivée aux Bell Labs en 1998, la commission en a examiné 25. Dans 18 d’entre eux, des données ont été manipulées, dans 7 des données sont trop précises pour être crédibles ; 5 articles présentent des résultats contradictoires avec la physique connue et 11, au contraire, des résultats anormalement proches de la théorie. Certains textes cumulent plusieurs de ces anomalies. Schön a été incapable de fournir le moindre fichier de données brutes, expliquant leur destruction par l’encombrement du disque dur de son ordinateur. Il n’a pas non plus produit de cahier d’expériences. Il admet enfin qu’il a remplacé des données expérimentales par des courbes théoriques, afin de mieux convaincre ses lecteurs.

La déception des physiciens est proportionnelle aux espoirs qu’ils fondaient sur les résultats présentés dans ces articles. Depuis janvier 2000, Schön et ses collègues révolutionnent tout bonnement l’électronique des solides. Ils ont en effet trouvé un moyen assez simple de modifier les propriétés électroniques d’un matériau solide. Plutôt que d’ajouter des impuretés, ce que l’on fait couramment dans l’industrie électronique, ils placent le matériau dans un fort champ électrique, grâce à une configuration nommée « transistor à effet de champ ». En faisant varier l’intensité du champ électrique, ils injectent dans le matériau des quantités plus ou moins grandes de charges électriques supplémentaires, positives ou négatives. Appliquant ce procédé à des cristaux organiques en particulier, ils en améliorent considérablement la conductivité2, et transforment même certains en supraconducteurs*3. Ils présentent aussi le premier laser organique à excitation électrique4, et même le premier transistor formé d’une seule molécule5 !

Des reproductions impossibles

Rapidement, plusieurs laboratoires tentent de reproduire les expériences : sans succès. Les physiciens s’interrogent alors. Schön devrait-il sa réussite à d’exceptionnels talents d’expérimentateur ? Ou a-t-il mis au point des procédés qu’il ne révèle pas afin de garder une longueur d’avance ? « C’était anormal, se souvient Denis Jérôme, du laboratoire de physique des solides du CNRS à Orsay. Un bon article, ou même un brevet, doit permettre la reproduction du phénomène. Et dans les laboratoires de physique spécialisés, quelques semaines suffisent en règle générale. »
Jusqu’au jour où Lydia Sohn, de l’université de Princeton, et Paul Mc Euen, de l’université Cornell, repèrent que les figures de plusieurs articles concernant des dispositifs différents présentent des similitudes troublantes6. Devant l’évidence, le 10 mai 2002, la direction des Bell Labs demande à M. Beasley et à quatre autres spécialistes, parmi lesquels l’un des prix Nobel de chimie de 2000, Herbert Kroemer7, d’examiner les articles en détail.

L’enquête est aujourd’hui close, et Schön a été licencié sans tarder par les Bell Labs. Mais l’affaire est toutefois loin d’être terminée.

  • D’abord, parce que la commission Beasley ne s’est intéressée qu’à une petite partie de l’abondante production de Schön : il faudra examiner les autres articles, afin d’en déterminer la validité et convaincre le cas échéant les auteurs et les éditeurs de publier des correctifs ou des rétractations.
  • Mais, surtout, la sanction du seul Schön laisse un goût d’inachevé. Même si, comme le rapport Beasley le précise : « La fabrication des dispositifs, les mesures physiques et le traitement des données… ont été réalisés par Hendrik Schön seul, sans participation d’aucun collègue ni coauteur. » Il n’a en effet publié aucun article sous son seul nom. Interprétant strictement le règlement en vigueur dans les institutions américaines recevant des fonds fédéraux, sur lequel elle s’est fondée en l’absence d’instructions propres aux Bell Labs, la commission a disculpé tous les coauteurs du soupçon de malversation, jugeant qu’aucun d’entre eux n’avait participé activement à la tromperie.
  • Toutefois, elle discute de leur responsabilité sur près de trois pages de son rapport. En particulier, elle s’interroge sur la conduite de Bertram Batlogg, qui dirigeait jusqu’en septembre 2000 le laboratoire où travaillait Schön, et qui a continué à superviser ses travaux après qu’il fut devenu professeur à l’École polytechnique de Zurich. Celui-ci se défend en invoquant la nécessaire confiance qui doit régner au sein d’une équipe de recherche. Mais cette confiance doit-elle aller jusqu’à ne jamais assister à une expérience et ne jamais demander à voir le cahier d’expériences, surtout quand les résultats sont si extraordinaires ? Pour Denis Jérôme, « il est impensable de publier des résultats de cette importance sans vérifier les données expérimentales. Une bonne partie du crédit que nous leur avons accordé s’est fondée sur la bonne réputation de Batlogg en physique du solide. Il porte une responsabilité écrasante dans l’affaire » . Et Jérôme Lesueur, professeur à l’ESPCI-Paris, renchérit : « Batlogg est persuadé d’être génial. Il a au minimum laissé faire parce qu’il se voyait déjà prix Nobel. En novembre 2001, il est venu faire un séminaire dans notre laboratoire. Nous avions déjà de sérieux doutes sur plusieurs aspects des expériences, mais ses réponses à nos questions ont montré qu’il ne s’intéressait pas vraiment à la science. » Yves Pomeau, du laboratoire de physique statistique de l’École normale supérieure et éditeur adjoint de la Physical Review E, est lui aussi sévère : « Il n’y a pas un auteur principal et des coauteurs. Il n’y a que des auteurs, tous également responsables du contenu des articles. »

Schön a aussi publié avec de nombreux autres physiciens et chimistes du monde entier qui n’ont pas été très regardants non plus. « On voyait un jeune brillant des Bell Labs, qui ont une excellente réputation, avoue aujourd’hui l’un d’entre eux, qui a signé avec Schön deux articles, et préfère rester anonyme. Nous nous sommes contentés de relire les articles, d’ajouter des références et de poser quelques questions. Mais je n’ai eu des fichiers de mesures qu’un an après. Et encore, ce n’étaient pas les mesures brutes ». Il était évidemment tentant pour cette équipe, qui a seulement fourni les échantillons que Schön a étudiés, de signer des articles publiés dans des revues aussi difficiles d’accès. Les noms de Science ou de Nature dans une liste de publications font toujours leur effet sur un jury d’évaluation. D’ailleurs, les deux articles figuraient toujours à la fin décembre, sans plus d’avertissement, sur les pages Web de deux des auteurs.

La plupart de ces coauteurs sont hors d’atteinte de la direction des Bell Labs. Mais celle-ci désire-t-elle seulement faire toute la lumière sur les responsabilités de chacun ? Certes, elle a déclenché une enquête et en a rendu publics les résultats, mais elle l’a fait tardivement et sous des pressions extérieures : dès 2000, la succession de publications de Schön aurait dû attirer son attention.

Crise aux Bell Labs

La principale raison de cette inertie est probablement la crise qui frappe depuis quelques années Lucent Techno-logies, la société mère des Bell Labs. Malgré les six prix Nobel reçus depuis la création de ces derniers en 1925, ils ne sont pas épargnés par les réductions de crédits et de personnel8. Des résultats dont la presse généraliste se fait l’écho sont toujours bons à prendre pour défendre l’image des Bell Labs auprès des dirigeants et des actionnaires de Lucent. Que les chercheurs veuillent rester dans l’entre- prise ou, au contraire, la quitter, ils doivent montrer qu’ils sont performants à des décideurs qui ne lisent pas les revues scientifiques spécialisées.

D’autre part, et de façon sans doute moins consciente, les responsables des Bell Labs ont d’autant moins questionné les résultats de Schön que ceux-ci s’inscrivent dans une continuité prestigieuse. En quelque sorte, ils confortent la légitimité scientifique de l’entreprise et d’un certain nombre de ses responsables. Ainsi, l’utilisation du transistor à effet de champ pour moduler les propriétés des matériaux a été suggérée vers 1998 par Horst Störmer, directeur adjoint pour la physique. Et lorsque Schön, Kloc et Batlogg rapportent, en juin 2000, la première observation dans un matériau organique de l’effet Hall quantique fractionnaire, un phénomène subtil dont la découverte par le même Störmer lui a valu le prix Nobel de physique 19989, celui-ci ne peut que se réjouir. Le transistor à effet de champ est d’ailleurs une invention des Bell Labs, et à l’origine d’un autre prix Nobel en 1956. Autre exemple : la supraconductivité du fullerène*, développée si spectaculairement par Schön Lire « Une température qui monte, qui monte… », ci-contre, a aussi été observée pour la première fois aux Bell Labs, au début des années quatre-vingt-dix.

La responsabilité des éditeurs

Non content d’échapper à la vigilance de ses coauteurs et de son employeur, Hendrik Schön s’est aussi joué avec une apparente facilité du système de publication scientifique. En particulier, il a réussi en deux ans à publier 17 articles dans deux des revues les plus prestigieuses, Science et Nature. Un jeune physicien d’excellent niveau ne peut généralement pas espérer en publier plus d’un ou deux par an !
Ces deux revues soumettent pourtant tous les articles à deux rapporteurs au moins. Se sont-ils tous laissé abuser ? Il leur était évidemment impossible de détecter la falsification de certaines données, mise en évidence seulement par l’en- quête approfondie de la commission Beasley. Mais des reproches tels que « résultats contredisant la physique connue » ou « précision irréaliste des données » n’auraient-ils pas pu être formulés dès la première lecture des articles ? « Dans certaines figures, la résistance est indiquée en unités arbitraires. C’est une faute grave, estime Jérôme Lesueur. De même, l’épaisseur de la couche d’alumine, une donnée essentielle pour comprendre ce qui se passe, ne figure pas toujours dans les articles. Les rapporteurs auraient dû faire corriger tout cela. »

À moins que les éditeurs eux-mêmes n’aient péché par excès d’enthousiasme. « Je suis bien placé pour savoir que certaines demandes de précisions des rapporteurs sur des résultats présentés par Schön et ses collègues n’ont pas été satisfaites », s’indigne Denis Jérôme.

— Les éditeurs de Science ou de Nature sont d’ailleurs coutumiers du fait, comme en témoigne par exemple la polémique déclenchée en mars 2002 par la publication d’un article revendiquant l’observation de la fusion nucléaire dans des bulles d’acétone10. La rapidité avec laquelle les articles sont acceptés pour publication ne favorise pas forcément la sérénité du jugement : six semaines seulement en moyenne pour les 9 articles de Schön publiés dans Science.

Enfin, Schön a trompé pendant plus de deux ans quelques centaines de physiciens du solide. Plusieurs équipes ont même réorienté leurs axes de recherche afin de reproduire et d’étendre ses résultats. Là encore, des indices auraient pu les alerter. « Observer l’effet Hall quantique fractionnaire à 4 kelvins, ça paraissait beaucoup : en général, cet effet disparaît au-delà de quelques millikelvins », reconnaît Jérôme Lesueur.

L’idée de modifier les propriétés électroniques d’un solide par un transistor à effet de champ n’est toutefois pas aberrante. Elle avait déjà été mise en oeuvre, quoique avec un succès beaucoup plus limité. Et en tentant de répéter les expériences de Schön, Art Ramirez, du laboratoire de Los Alamos, aurait réussi à transformer un cristal de fullerène isolant en conducteur, ce qui n’est déjà pas si mal. La commission Beasley précise d’ailleurs avec prudence : « On ne peut ni confirmer ni réfuter l’existence des phénomènes physiques présentés dans les articles » [qu’elle a examinés].
Surtout, les résultats de Schön et de ses collègues redoraient le blason de la physique du solide. Alors que la plupart des avancées dans ce domaine depuis de nombreuses années proviennent de la mise au point de nouveaux matériaux par des chimistes, voilà que l’on pouvait faire varier les propriétés de presque n’importe quel matériau par de simples manipulations électriques ! Plus généralement, alors que la physique a perdu, au profit de la biologie en particulier, son statut de science principale aux yeux du grand public comme à ceux des responsables politiques, alors que de moins en moins d’étudiants se dirigent vers la physique, il est tentant pour les physiciens de valoriser des histoires telle que la fantastique ascension du jeune Hendrik Schön.

** Au-delà du cas particulier, ils auraient tout intérêt à méditer la principale conséquence du rapport Beasley : la physique est bien une science comme les autres, y compris sur le terrain le moins glorieux, celui de la fraude. Au vu des premières réactions, on peut toutefois craindre qu’il ne faille encore beaucoup d’affaires du même type avant que la majorité des physiciens s’en convainque. le contexte « Qu’un gosse brillant, aux doigts de fée, reprenne vos idées les plus brillantes et les revête des apparences de la réalité, qu’il construise un merveilleux château de rêves capable d’hypnotiser tous les cancérologues du pays – peu de scientifiques seraient certains de résister à un tel chant des sirènes. »

** C’est ce qu’écrivaient en 1982 William Broad et Nicholas Wade à propos d’une fraude massive perpétrée dans un laboratoire de biologie. Remplacez « cancérologues » par « physiciens du solide », et cette phrase s’applique assez bien à l’histoire d’Hendrik Schön. Vingt ans après que les biologistes eurent reconnu l’existence de la fraude scientifique, les physiciens persistaient à s’en croire préservés. À tort.


Notes :

1 www.lucent.com /news_events /researchreview.html

2 J.H. Schön et al., Science, 287, 1022, 2000.

3 J.H. Schön et al., Science, 288, 656, 2000.

4 J.H. Schön et al., Science, 289, 599, 2000.

5 J.H. Schön et al., Science, 294, 2138, 2001.

6 Cécile Michaut, La Recherche, septembre 2002, p. 58.

7 Patrick Bernier, La Recherche, décembre 2000, p. 22.

8 I. Goodwin, Nature, 412, 579, 2001.

9 S. Ruphy, La Recherche, décembre 1998, p. 112.

10 C. Seife, La Recherche, juin 2002, p. 29 ; S. Hilgenfeldt et D. Lohse,

11 J.H. Schön et al., Science, 293, 2432, 2001.

12 J.H. Schön et al., Nature, 408, 549, 2000

13 O. Gunnarsson, Nature, 408, 528, 2000..




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