Le rythme des découvertes technologiques et scientifiques a ralenti au fil des décennies
Le rythme des découvertes technologiques et scientifiques a ralenti au fil des décennies,
selon une étude
Bien que le siècle dernier ait été marqué par une expansion sans précédent des connaissances scientifiques et technologiques, certains s'inquiètent du ralentissement de l'activité innovante. Des études font état d'une baisse de la productivité de la recherche dans les semi-conducteurs, les produits pharmaceutiques et d'autres domaines. Les articles, les brevets et même les demandes de subvention sont devenus moins novateurs par rapport aux travaux antérieurs et moins susceptibles de relier des domaines de connaissance disparates, deux éléments précurseurs de l'innovation. L'écart entre l'année de la découverte et l'attribution d'un prix Nobel s'est également accru, ce qui donne à penser que les contributions d'aujourd'hui ne sont pas à la hauteur de celles du passé.
Les théories du changement scientifique et technologique considèrent la découverte et l'invention comme des processus endogènes dans lesquels les connaissances accumulées précédemment favorisent les progrès futurs en permettant aux chercheurs, selon les termes de Newton, de « se tenir sur les épaules de géants ». Les dernières décennies ont été marquées par une croissance exponentielle du volume des nouvelles connaissances scientifiques et technologiques, créant ainsi des conditions qui devraient être propices à des avancées majeures. Pourtant, contrairement à cette vision, des études suggèrent que les progrès ralentissent dans plusieurs domaines majeurs.
L'analyse statistique de 45 millions d'articles et de 3,9 millions de brevets sur six décennies, publiée hier dans Nature, montre que pour les articles scientifiques, la diminution entre 1945 et 2010 va de 91,9 % à 100 %. Pour les brevets, la diminution entre 1980 et 2010 va de 78,7 % à 91,5 %. La technologie n'est pas à l'abri de la tendance ; en fait, elle fait partie du groupe dont le déclin de l'innovation est le plus marqué.
« Nous constatons que les articles et les brevets sont de moins en moins susceptibles de rompre avec le passé de manière à pousser la science et la technologie dans de nouvelles directions. Cette tendance se vérifie universellement dans tous les domaines et est solidement ancrée dans plusieurs métriques différentes basées sur les citations et les textes », déclarent les chercheurs.
« Nous constatons que les déclins observés ne sont probablement pas dus à des changements dans la qualité de la science publiée, les pratiques de citation ou des facteurs spécifiques au domaine. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que le ralentissement des taux de perturbation pourrait refléter un changement fondamental dans la nature de la science et de la technologie », ajoutent-ils.
Ces affirmations contrastent fortement avec les affirmations de l'industrie technologique. Par exemple, KPMG s'interroge : « Alors que l'évolution des technologies disruptives s'installe fermement dans le courant dominant, avez-vous une perspective sur la manière dont elles pourraient conduire à la transformation de votre entreprise ? ».
Ces tendances ont suscité une attention croissante de la part des responsables politiques, car elles constituent des menaces importantes pour la croissance économique, la santé et le bien-être des personnes, la sécurité nationale, ainsi que pour les efforts mondiaux de lutte contre les grands défis tels que le changement climatique.
De nombreuses explications de ce ralentissement ont été proposées. Certains évoquent le fait que les innovations facilement accessibles qui améliorent la productivité auraient déjà été réalisées. D'autres soulignent le fardeau croissant de la connaissance ; les scientifiques et les inventeurs ont besoin de toujours plus de formation pour atteindre les frontières de leurs domaines, ce qui laisse moins de temps pour faire avancer ces frontières.
Pourtant, on ignore encore beaucoup de choses, non seulement sur les causes du ralentissement de l'activité innovatrice, mais aussi sur la profondeur et l'ampleur du phénomène. Il est difficile de concilier ce déclin avec les observations faites depuis des siècles par les philosophes des sciences, qui considèrent la croissance des connaissances comme un processus endogène, dans lequel les connaissances antérieures permettent les découvertes futures, un point de vue illustré par l'observation de Newton selon laquelle s'il avait vu plus loin, c'était en « se tenant sur les épaules de géants ».
En outre, jusqu'à présent, les preuves d'un ralentissement reposent sur des études portant sur des domaines particuliers et utilisant des mesures disparates et spécifiques à chaque domaine ce qui ne permet pas de savoir si les changements se produisent à un rythme similaire dans tous les domaines scientifiques et technologiques. Il est donc difficile de savoir si les changements se produisent à des rythmes similaires dans tous les domaines scientifiques et technologiques. On ne sait pas non plus si les tendances observées dans les indicateurs globaux masquent des différences dans la mesure où les travaux individuels repoussent la frontière.
Mesure du caractère perturbateur
Pour caractériser la nature de l'innovation, les chercheurs se sont inspirés des théories fondamentales du changement scientifique et technologique qui distinguent deux types de percées. Premièrement, certaines contributions améliorent les flux de connaissances existants, et consolident donc le statu quo. Kohn et Sham (1965), un article couronné par le prix Nobel, ont utilisé des théorèmes établis pour élaborer une méthode de calcul de la structure des électrons, ce qui a cimenté la valeur des recherches précédentes.
Deuxièmement, certaines contributions bouleversent les connaissances existantes, les rendant obsolètes, et propulsant la science et la technologie dans de nouvelles directions. Watson et Crick (1953), également lauréats du prix Nobel, ont présenté un modèle de la structure de l'ADN qui a supplanté les approches précédentes (par exemple, la triple hélice de Pauling). Kohn et Sham et Watson et Crick étaient tous deux importants, mais leurs implications pour le changement scientifique et technologique étaient différentes.
Ils qualifient cette distinction à l'aide d'une mesure - l'indice CD- qui caractérise la nature consolidante ou perturbatrice de la science et de la technologie ci-dessous. L'intuition est que si un article ou un brevet est perturbateur, les travaux ultérieurs qui le citent sont moins susceptibles de citer également leurs prédécesseurs ; pour les futurs chercheurs, les idées qui ont servi à sa production sont moins pertinentes (par exemple, la triple hélice de Pauling).
Si un article ou un brevet est en voie de consolidation, les travaux ultérieurs qui le citent sont également plus susceptibles de citer leurs prédécesseurs ; pour les futurs chercheurs, les connaissances sur lesquelles se fonde le travail sont toujours (et peut-être plus) pertinentes (par exemple, les théorèmes utilisés par Kohn et Sham). L'indice CD varie de -1 (consolidation) à 1 (perturbation).
L'indice CD est mesuré cinq ans après l'année de publication de chaque article (indiqué par CD, voir la figure 1 des données étendues pour la distribution de CD parmi les articles et les brevets et la figure 2 des données étendues pour les analyses utilisant des alternatives). Par exemple, Watson et Crick et Kohn et Sham ont tous deux reçu plus de cent citations dans les cinq ans suivant leur publication. Toutefois, l'article de Kohn et Sham a un CD de -0,22 (indiquant une consolidation), alors que celui de Watson et Crick a un CD de 0,62 (indiquant une rupture). L'indice CD a été largement validé dans des recherches antérieures, notamment par corrélation avec des évaluations d'experts.
Cette figure montre une visualisation schématique de l'indice CD. a, valeur de l'indice CD de trois articles lauréats du prix Nobel31,32,58 et de trois brevets remarquables59,60,61 dans notre échantillon, mesurée cinq ans après la publication (indiquée par CD5). b, distribution de CD5 pour les articles du WoS (n = 24 659 076) entre 1945 et 2010 et les brevets de Patents View (n = 3 912 353) entre 1976 et 2010, où un seul point représente un article ou un brevet. La dimension verticale (haut-bas) de chaque "bande" correspond aux valeurs de l'indice CD (les valeurs de l'axe sont indiquées en orange à gauche). La dimension horizontale (gauche-droite) de chaque bande permet de minimiser les points qui se chevauchent. Les zones plus sombres de chaque bande indiquent les régions les plus denses de la distribution (c'est-à-dire les valeurs CD les plus fréquemment observées). Des détails supplémentaires sur la distribution de l'indice CD sont donnés dans la figure 1 des données étendues. c, Trois réseaux de citation hypothétiques, où l'indice CD est à la valeur de perturbation maximale (CDt = 1), à la valeur intermédiaire (CDt = 0) et à la valeur de consolidation maximale (CDt = -1). Le panneau fournit également l'équation de l'indice CD et un calcul illustratif.
Diminution du caractère perturbateur
Dans tous les domaines, nous constatons que la science et la technologie deviennent moins perturbatrices. La figure 2 présente le CD moyen dans le temps pour les articles (figure 2a) et les brevets (figure 2b). Pour les articles, la diminution entre 1945 et 2010 va de 91,9% (où le CD moyen est passé de 0,52 en 1945 à 0,04 en 2010 pour les « sciences sociales ») à 100% (où le CD moyen est passé de 0,36 en 1945 à 0 en 2010 pour les « sciences physiques ») ; pour les brevets, la diminution entre 1980 et 2010 va de 78. 7% (où le CD moyen est passé de 0,30 en 1980 à 0,06 en 2010 pour les « ordinateurs et communications ») à 91,5% (où le CD moyen est passé de 0,38 en 1980 à 0,03 en 2010 pour les « médicaments et médecine »).
Tant pour les articles que pour les brevets, les taux de déclin sont les plus élevés dans les premières parties de la série chronologique et, pour les brevets, ils semblent commencer à se stabiliser entre les années 2000 et 2005. En ce qui concerne les articles, depuis 1980 environ, le taux de déclin a été plus modeste dans les « sciences de la vie et biomédecine » et les sciences physiques, et plus marqué et persistant dans les sciences sociales et la « technologie ». Dans l'ensemble, cependant, par rapport aux époques précédentes, les articles et les brevets récents contribuent moins à pousser la science et la technologie dans de nouvelles directions.
a,b, Déclin du CD dans le temps, séparément pour les articles (a, n = 24 659 076) et les brevets (b, n = 3 912 353). Pour les articles, les lignes correspondent aux domaines de recherche du WoS ; de 1945 à 2010, l'ampleur du déclin varie de 91,9 % (sciences sociales) à 100 % (sciences physiques). Pour les brevets, les lignes correspondent aux catégories technologiques du National Bureau of Economic Research (NBER) ; de 1980 à 2010, l'ampleur du déclin varie de 93,5% (ordinateurs et communications) à 96,4% (médicaments et médecine). Les bandes ombrées correspondent aux intervalles de confiance à 95 %. Comme nous l'expliquons dans la section Méthodes, ce schéma de déclin est robuste à l'ajustement des facteurs de confusion liés aux changements dans les pratiques de publication, de citation et de paternité au fil du temps.
Changement linguistique
Le déclin de la science et de la technologie disruptives est également observable à l'aide d'indicateurs alternatifs. Parce qu'ils s'écartent du statu quo, les articles et les brevets perturbateurs sont susceptibles d'introduire de nouveaux mots (par exemple, les mots utilisés pour créer un nouveau paradigme peuvent différer de ceux utilisés pour développer un paradigme existant)35,36. Par conséquent, si le caractère perturbateur est en baisse, on peut s'attendre à un déclin de la diversité des mots utilisés en science et technologie. Pour évaluer cela, la figure 3a,d documente le rapport type-token (c'est-à-dire mots uniques/mots totaux) des titres d'articles et de brevets au fil du temps. Des baisses substantielles sont observées, surtout dans les premières périodes, avant 1970 pour les articles et 1990 pour les brevets.
Pour les titres d'articles (Fig. 3a), la diminution (1945-2010) va de 76,5% (sciences sociales) à 88% (technologie) ; pour les titres de brevets (Fig. 3d), la diminution (1980-2010) va de 32,5% (chimie) à 81% (informatique et communications). Pour les résumés d'articles (Données étendues Fig. 3a), la diminution (1992-2010) va de 23,1% (sciences de la vie et biomédecine) à 38,9% (sciences sociales) ; pour les résumés de brevets (Données étendues Fig. 3b), la diminution (1980-2010) va de 21,5% (mécanique) à 73,2% (ordinateurs et communications). Dans les figures 3b et e, les chercheurs montrent que ces baisses de la diversité des mots s'accompagnent de baisses similaires de la nouveauté combinatoire ; au fil du temps, les mots particuliers que les scientifiques et les inventeurs utilisent dans les titres de leurs articles et de leurs brevets sont de plus en plus susceptibles d'avoir été utilisés ensemble dans les titres de travaux antérieurs.
Conformément à ces tendances linguistiques, les chercheurs observent également une baisse de la nouveauté dans les combinaisons de travaux antérieurs cités par les articles et les brevets, sur la base d'une mesure précédemment établie des « combinaisons atypiques ».
a,d, Figures montrant un déclin de la diversité du langage utilisé en science et technologie basé sur le nombre de mots uniques/total des mots des titres d'articles de 1945 à 2010 (a, n = 24,659,076) et des titres de brevets de 1980 à 2010 (d, n = 3,912,353). b,e, Figures montrant un déclin de la nouveauté du langage utilisé dans la science et la technologie basé sur le nombre de nouvelles paires de mots/total des paires de mots introduites chaque année dans les titres d'articles WoS de 1945 à 2010 (b) et dans les titres de brevets Patents View de 1980 à 2010 (refs.1,17 ) (e). Pour les articles des catégories a et b, les lignes correspondent aux domaines de recherche WoS (n = 264 domaines de recherche WoS × observations annuelles). Pour les brevets de d et e, les lignes correspondent aux catégories technologiques du NBER (n = 229 observations de catégories technologiques du NBER × année). c,f, Figures montrant la fréquence des verbes les plus couramment utilisés dans les titres des articles pour la première (rouge) et la dernière (bleu) décennie de la période d'observation dans les titres des articles (c, n = 24 659 076) et des brevets (f, n = 3 912 353).
Le déclin de l'activité perturbatrice est également apparent dans les mots spécifiques utilisés par les scientifiques et les inventeurs. Si l'activité perturbatrice est en déclin, nous avons pensé que les verbes faisant allusion à la création, la découverte ou la perception de nouvelles choses devraient être utilisés moins fréquemment au fil du temps, tandis que les verbes faisant allusion à l'amélioration, l'application ou l'évaluation de choses existantes pourraient être utilisés plus souvent35,36.
La figure 3 montre les verbes les plus courants dans les titres d'articles (fig. 3c) et de brevets (fig. 3f) au cours de la première et de la dernière décennie de chaque échantillon (Informations supplémentaires, section 2). Bien qu'il soit difficile, en l'absence de contexte, de caractériser précisément et quantitativement des mots comme « consolidant » ou « perturbant », la figure met en évidence un changement clair et qualitatif dans le langage. Au cours des premières décennies, les verbes évoquant la création (par exemple, "produire", "former", "préparer" et "faire"), la découverte (par exemple, "déterminer" et "rapporter") et la perception (par exemple, "mesurer") sont prédominants dans les titres de documents et de brevets.
Cependant, au cours des dernières décennies, ces verbes sont presque entièrement remplacés par des verbes plus évocateurs de l'amélioration (par exemple, "améliorer", "accroître" et "augmenter"), de l'application (par exemple, "utiliser" et "inclure") ou de l'évaluation (par exemple, "associer", "médiatiser" et "relier") des connaissances et artefacts scientifiques et technologiques existants. Pris ensemble, ces modèles suggèrent un changement substantiel dans la science et la technologie au fil du temps, la découverte et l'invention devenant moins perturbatrices par nature, ce qui correspond à nos résultats utilisant l'indice CD.
Conservation des travaux hautement perturbateurs
Les tendances globales documentées par les chercheurs masquent une hétérogénéité considérable dans le caractère perturbateur des articles et des brevets individuels et une stabilité remarquable dans le nombre absolu d'œuvres hautement perturbatrices (Méthodes et Fig. 4). Plus précisément, malgré les fortes augmentations de la productivité scientifique, le nombre d'articles et de brevets dont les valeurs CD se situent dans la queue la plus à droite de la distribution reste pratiquement constant au fil du temps. Cette « conservation » du nombre absolu d'articles et de brevets hautement perturbateurs se maintient malgré une évolution considérable des domaines sous-jacents responsables de la production de ces travaux (figure 5 des données étendues, encadré).
Ces résultats suggèrent que la persistance de percées majeures - par exemple, la mesure des ondes gravitationnelles et les vaccins COVID-19 - n'est pas incompatible avec un ralentissement de l'activité innovatrice. En bref, le déclin du caractère perturbateur global n'exclut pas la présence d'œuvres individuelles très perturbatrices.
Cette figure montre le nombre d'articles (a, n = 5 030 179) et de brevets (b, n = 1 476 004) perturbateurs dans quatre plages différentes de CD (les articles et les brevets dont les valeurs de CD se situent dans la plage [-1,0, 0] ne sont pas représentés dans la figure). Les lignes correspondent à différents niveaux de perturbation tels que mesurés par CD. Malgré l'augmentation substantielle du nombre d'articles et de brevets publiés chaque année, le nombre d'articles et de brevets très perturbateurs n'a guère changé, comme le montrent les lignes rouges, vertes et orange relativement plates. Ce schéma permet d'expliquer les observations simultanées de preuves globales d'un ralentissement de l'activité innovante et de percées apparemment majeures dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques.
Les graphiques en médaillon montrent la composition des articles et des brevets les plus perturbateurs (définis comme ceux dont la valeur CD est supérieure à 0,25) par domaine au fil du temps. La stabilité observée dans le nombre absolu d'articles et de brevets très perturbateurs se maintient en dépit d'une évolution considérable des domaines scientifiques et technologiques sous-jacents à l'origine de ces travaux. Sciences de la vie" désigne le domaine de recherche des sciences de la vie et de la biomédecine ; "électricité" désigne la catégorie des technologies électriques et électroniques ; "médicaments" désigne la catégorie des médicaments et des technologies médicales ; et "ordinateurs" désigne la catégorie des ordinateurs et des technologies de communication.
Selon les auteurs, une meilleure compréhension du déclin de la science et de la technologie disruptives permet de repenser les stratégies d'organisation de la production de la science et de la technologie à l'avenir, ce qui est indispensable.
Le doctorant Michael Park, qui a contribué à l'article, a déclaré : « une grande partie de l'innovation vient du fait d'essayer de nouvelles choses ou de prendre des idées dans différents domaines et de voir ce qui se passe. Mais si vous êtes préoccupé par la publication d'un article après l'autre aussi rapidement que possible, cela laisse beaucoup moins de temps pour lire en profondeur et réfléchir à certains des grands problèmes qui pourraient conduire à ces percées perturbatrices. »
Source : Nature
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Envoyé par marsupial
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