Méthodologie Expérimentale
Démarche et Principe de l’expérimentation :
La méthode expérimentale est une méthode dont le but est la mise à l’épreuve d’une hypothèse (ou réponse anticipée au problème étudié) aux faits empiriques. On parle de passage des concepts aux faits. Cette démarche dite hypothético-déductive permet ainsi de rompre avec les intuitions. L’ambition avec cette démarche est la réplication et la généralisation des faits.
Le principe de base de cette méthode consiste à attribuer à tout effet une cause ou une combinaison de causes. « L’expérimentation a pour but de vérifier l’existence d’une relation entre deux ordres de faits » (Fraisse, 1963). On parle alors de démarche causale. Afin de vérifier cette relation de cause à effet, l’expérimentation passe par une relation de type comparatif (Que se passe-t-il dans une condition comparativement à une autre condition expérimentale ?), « toute chose étant égale par ailleurs » (C. Bernard).
Concrètement, le point de départ de la démarche expérimentale est une question précise sur la régularité d’un phénomène ; question qui demande à être théoriquement et empiriquement traitée. Après une recherche bibliographique approfondie qui donne lieu à la formulation d’une hypothèse théorique, l’opérationnalisation de cette hypothèse permet sa mise à l’épreuve des faits.
L’opérationnalisation consiste à reproduire une situation semblable, comparable à celle dans laquelle le phénomène étudié est observé de sorte à recueillir des données observables ou mesurables. Ces données vont permettre d’établir le rôle de la cause identifiée sur l’effet étudié. Cette méthode consiste alors à faire varier et à contrôler de façon systématique cette cause (ou VI). La variation concerne certains éléments d’une situation ou certaines caractéristiques personnelles des sujets eux-mêmes, et l’objectif est de provoquer un phénomène, d’observer et de mesurer les conséquences de cette variation sur les réponses du sujet. Que se passe-t-il à un niveau de variation comparativement à un autre niveau de variation de la même cause, « toute chose étant égale par ailleurs ». Cette double démarche, causale et comparative, exige que l’expérimentation soit organisée conformément à certaines règles (Cf., technique de contrôle, variable contrôle, variable parasite, …) ; d’où la mise au point de plans de recherche (Cf., plans d’expérience).
Plan de compte-rendu de recherche :
1. Introduction :
a. Objectif (question précise).
b. Articulation théorique (référence à la littérature correspondante).
c. Hypothèse théorique (et opérationnelles).
2. Méthode :
a. Population expérimentale et Plan d’expérimentation (et Tableau).
b. Matériel expérimental.
c. Procédure expérimentale (soit un descriptif de ce que font les sujets de l’expérimentation et dans quelles conditions).
d. Variables dépendantes.
3. Résultats.
4. Discussion et conclusion.
5. Références bibliographiques.
Plan :
I. Aspects techniques et définitionnels.
1. Principe fondamental de la méthode expérimentale.
2. Différentes étapes de la démarche expérimentale :
a. Points de départ.
b. Obstacles à la compréhension.
c. Concevoir de nouvelles hypothèses.
d. Opérationnalisation :
– Méthode :
+ Echantillonnage : facteur sujet (population expérimentale).
+ Matériel expérimental.
+ Procédure ou déroulement de l’expérimentation.
– Variables et échelles de mesures :
+ Définition des variables : VI et VD.
+ Classification des Variables Indépendantes.
+ Contrôle (ou variables secondaires).
– Plans de recherche factoriels :
+ Plans factoriels intrasujets.
+ Plans factoriels intersujets ou mixtes.
+ Avantages et inconvénients des VI inter et intrasujets.
– Groupes expérimentaux et Tableaus expérimentaux :
+ Constitution des groupes expérimentaux.
+ Tableaux expérimentaux.
+ Notion d’effet principal, d’effet d’interaction et d’effets simples.
+ Notion de contrôle.
+ Hypothèses opérationnelles.
e. Expérimenter.
f. Analyse des résultants.
g. Interprétation des résultats.
II. La méthode expérimentale : pourquoi ?
1. Inconvénients de la méthode expérimentale.
2. Des concepts aux faits empiriques.
I. Aspects techniques et définitionnels.
1. Principe fondamental : démarche scientifique :
L’objectif de la démarche scientifique en psychologie est de mettre en évidence et d’expliquer des processus psychologiques récurrents et partagés. Ces processus sont imputables au genre humain en général et non à un individu en particulier. Voici certains de ces processus qui ont déjà fait l’objet de recherches : l’assistance à personne en danger en situation de groupe-témoin, la construction et le maintien de l’estime de soi, la mémorisation d’indices visuels subliminaux, le parcours de l’œil dans une image vivide dans un appel à la peur, etc.
Une fois ces phénomènes repérés, il est nécessaire de les valider de manière objective et à l’aide d’une méthode empirique. S’il n’y a pas validation, on retourne à la phase repérage, sinon on poursuit l’étude avec la théorisation et la modélisation du phénomène. A nouveau, il est nécessaire de valider la régularité initiale du phénomène.
2. Différentes étapes de la démarche expérimentale :
Principales étapes :
– Observation de la régularité d’un phénomène :
+ Formulation d’une question explicite.
– Obstacles à la compréhension :
+ Rompre avec l’intuition, se référer à la littérature.
+ Argumentation théorique.
+ Concevoir de nouvelles hypothèses.
– Opérationnalisation :
+ S’inscrire dans une démarche CAUSALE = Isoler une cause objectivement à l’origine du phénomène observé.
+ Reproduire une situation semblable à celle dans laquelle se produit le phénomène. Produire le phénomène.
+ S’inscrire dans une démarche COMPARATIVE = faire varier de façon systématique la cause en plusieurs niveaux (au moins 2), « toute chose étant égale par ailleurs » (C.Bernard).
+ Logique de comparaison doit permettre de déterminer l’intervention de la cause isolée.
a. Point de départ :
La démarche hypothético-déductive est illustrée par une étude du XIXème siècle dans laquelle il s’agissait de déterminer la cause à l’origine du fort taux de mortalité de la fièvre puerpérale des femmes en couche dans un service hospitalier comparativement au taux de mortalité observé dans un autre service du même hôpital. Ignace Semmelweis va mettre en place une procédure expérimentale. Pour cela il identifie toutes les différences entre les deux services. Ne trouvant pas de réponse à son hypothèse. A l’occasion d’une autopsie, un de ses collègues meurt, en se piquant, de la fièvre. A ce moment là, il comprend que la fièvre est probablement due à la matière cadavérique. Les personnes travaillant dans son service, notamment les hommes médecins, véhiculent les causes de la fièvre. Il impose un nouveau moyen de lavage des mains pour augmenter la qualité des soins.
b. Obstacles à la compréhension : contexte théorique et empirique :
L’intuition n’a rien à voir avec cette démarque, il faut rompre avec les intuitions pour mener une étude valide. On pourra ainsi s’engager dans une démarche hypothético-déductive. Le projet est de déduire la réponse sur la base de la mise à l’épreuve d’une hypothèse. Pour cela on va s’engager dans une démarche qui suppose de passer des concepts aux faits empiriques. Cela signifie qu’on va proposer des solutions possibles parmi un ensemble pour résoudre le problème soulevé initialement. Ces solutions sont cherchées, dans un premier temps, dans la lecture afférente, dans les connaissances situées autour au problème soulevé. Il est donc nécessaire de référer systématiquement aux auteurs, qu’il faut situer dans le champ de la connaissance. Une fois qu’on a fait tomber les obstacles à la compréhension et que l’intuition a été écartée, on va essayer d’extraire les facteurs/causes qui sont possiblement à l’origine du phénomène observé.
c. Concevoir de nouvelles hypothèses :
L’étape qui suit l’identification des facteurs/causes à l’origine du phénomène observé est la formulation des hypothèses. Une hypothèse n’est pas une question. Cette dernière est posée en amont et c’est parce qu’elle est posée et qu’on a acquis des connaissances à partir des lectures afférentes, qu’on peut proposer une réponse anticipée à cette question : l’hypothèse théorique ou opérationnelle. La VD est la réponse par laquelle on va observer s’il y a un impact de la VI.
Les hypothèses ont différentes fonctions :
– Proposition provisoirement admise le temps d’être soumise au contrôle de l’expérimentation.
– Réponse anticipée au problème soulevé.
– Projet de Solution.
– Réponse conditionnelle.
– Prédiction.
Dans le plus simple des cas, une hypothèse exprime l’existence d’une relation potentielle entre deux ou plusieurs ordres de faits. L’hypothèse énonce un projet de solution à la question posée. Ce n’est en aucun cas une question. L’hypothèse est formulée en termes affirmatifs et propose une anticipation de la réponse.
Hypothèse théorique : l’hypothèse théorique est une affirmation, une suggestion de réponse à la question théorique que pose la recherche. C’est une réponse conditionnelle qui se formule de la manière suivante : « si tel mécanisme existe et intervient, tel effet devrait être observé ». Les processus psychologiques doivent clairement apparaître dans la formulation de l’hypothèse théorique. Cette hypothèse résulte de l’articulation théorique en rapport avec le problème traité.
Hypothèse opérationnelle : l’hypothèse opérationnelle traduit l’hypothèse théorique en des termes observables, voire mesurables. Il s’agit de la prédiction des résultats pour chacune des modalités de la VI. Dans la formulation de ce type d’hypothèse, sont nécessairement notées la (ou les) VI ainsi que la (ou les) VD.
La première qui est formulée est l’hypothèse théorique. Elle est exprimée dans les termes des processus psychologiques et c’est parce qu’on a formulé cette hypothèse, qu’on pourra la mettre à l’épreuve des faits. Elle doit absolument mettre en évidence les processus psychologiques sous-jacents à l’effet observé. Ce processus est différent en fonction des disciplines : les épreuves empiriques peuvent être remplacées par l’argumentation, etc. L’hypothèse théorique correspond à la mise en mot des concepts étudiés par l’expérimentation.
Cette hypothèse de niveau théorique sera exprimée de façon à mettre en évidence des faits mesurables et observables : hypothèse opérationnelle, formulée en termes concrets que l’on peut mettre en œuvre et tester, et qui sont en lien direct avec les faits empiriques. Cette mise à l’épreuve consiste en la passation expérimentale pour obtenir des résultats sur ce qui a été mis à l’épreuve. Une fois ces résultats obtenus, en fonction de ce qui a été mis en œuvre, ils vont être interprétés et compris par des concepts. Ils ne peuvent être interprétés qu’en fonction des connaissances préalables. Il est important qu’elle précise les déterminants de la réponse, la façon de représenter la réponse et les effets des déterminants sur la mesure de la réponse.
L’hypothèse opérationnelle est une prédiction de la relation qui peut exister entre deux faits observables. Elle est formulée en termes affirmatifs, ce n’est pas une question, et elle doit être directement observable et vérifiable. Elle doit aussi être orientée, pour cela il faut préciser le sens de la relation entre les deux facteurs, et justifiée par les arguments théoriques précédents.
Ex :
VI : quantité d’alcool absorbée (0,3g vs 0,5g).
VD : temps de freinage.
Hypothèse générale (pas théorique) : La quantité d’alcool absorbé a un impact sur le temps de freinage.
Hypothèse opérationnelle : Le temps de freinage est plus long lorsque les conducteurs ont consommé 0,5g d’alcool par litre de sang que lorsqu’ils ont consommé 0,3g.
Cette approche permet d’inscrire l’expérimentation dans deux types de démarches :
– Causale : isoler une cause objectivement et qui est à l’origine du phénomène observé.
– Comparative : faire varier, de façon systématique, la cause en plusieurs niveaux (au moins 2). « Toute chose étant égale par ailleurs » (C. Bernard), la logique de comparaison doit permettre de déterminer l’intervention de la cause isolée.
La démarche causale est constituée par l’observation de la régularité d’un phénomène, et donc par la lecture de la littérature. Dans le cas où les causes sont multiples on suppose le recours à la littérature pour pouvoir déterminer quelle cause étudier et pourquoi pas une autre.
A partir de là, on différencie plusieurs étapes :
– Reproduire le phénomène : il faut s’assurer que les conséquences ne soient pas issues de l’environnement écologique, pour cela il faut reproduire la cause en laboratoire. Reproduire suppose reproduire de façon similaire pour déterminer que le phénomène mis en œuvre soit observable dans le contexte de reproduction. Il est nécessaire de faire varier les causes pour pouvoir comparer les différents faits.
– Isoler : une cause qui est, parmi d’autres, à l’origine des faits observés. S’il n’y a pas les effets escomptés, il faut remettre en cause la procédure et éventuellement l’hypothèse mais jamais les résultats puisqu’il s’agit de faits.
– Passation à différents niveaux : ne nécessite pas forcément la création de groupes, mais la création de différentes procédures comparables. Sachant que « toute chose doit être égale par ailleurs », il faut s’être donné les moyens de faire varier une seule cause, exclusivement.
– Vérifier l’hypothèse : appuyée ou non par les faits empiriques. Elle peut être fausse, mais elle ne peut jamais être totalement vraie, puisqu’on ne peut pas contrôler tous les facteurs. On peut donc admettre que l’hypothèse est fausse lorsque les résultats ne correspondent pas à ce qui est supposé. Cependant lorsqu’ils vont dans le sens de l’hypothèse, on affirme qu’elle est vraie tant qu’il n’y a pas de faits qui affirmeront le contraire.
Le plan de recherche fixe les dispositions (règles) à respecter pour garantir la « validité interne » de l’expérimentation, ce qui signifie que l’effet produit dans l’expérimentation pourra être attribué au seul déterminant (cause ou facteur) que l’on voulait tester.
d. Opérationnalisation :
Méthode :
Pourquoi un sujet par condition expérimentale ou un sujet pour toute l’expérience ?
Pour répondre à cette question, on parle de facteur sujet.
Il y a deux niveaux d’explication :
– Démarche dans laquelle le chercheur s’inscrit avec l’expérimentation.
– Répondre aux règles de l’expérimentation : éviter les biais intra et interindividuelles. Cela est nécessaire pour éviter que l’effet obtenu ne soit dû aux caractéristiques de ce seul individu.
Il faut donc de nombreuses mesures puisque les sujets et la répétition de la mesure sur un sujet sont des sources de variation de la VD.
A partir de la sont définies deux règles de base :
– Toujours travailler avec un (ou des) groupes de sujets.
– Si la première règle est vraie, on peut répéter les mesures sur tous les sujets.
Les groupes composés pour une expérimentation sont des échantillons. Ces échantillons sont retrouvés dans des sous-populations et dans la population générale. Malgré le fait que l’échantillon fasse partie de la population, les réponses obtenues par le premier sont différentes de celles qui seraient produites par la population.
Pour que l’échantillon soit représentatif de la population générale, il faut que ses caractéristiques soient semblables à celles de la population.
Variables :
Il y a deux types de variables dans une expérimentation :
– Variable indépendante : source de variation introduite par l’expérimentateur comme cause de l’effet attendu.
– Variable dépendante : indicateur de la conduite de l’individu et de ses processus psychologiques. La variable dépendante appartient à une échelle de mesure.
Dans une expérimentation, il y a nécessairement et au moins une VI et une VD. De plus, une VI comprend nécessairement et au moins deux modalités.
Les variables sont en lien avec les deux démarches énoncées précédemment :
– Démarche causale : expérimentation avec une VI et une VD.
– Démarche comparative : grâce à une VI à deux modalités.
Variables dépendantes (VD) : les variables dépendantes sont des indicateurs de la réponse du sujet et plus généralement de ses processus psychologiques. Il s’agit de la réponse fournie par le sujet ou de l’une des caractéristiques de sa réponse. Cette réponse peut être orale, écrite, motrice, voire même électrophysique. La réponse dépend du sujet lui-même et de la situation définie par l’expérimentateur. La VD varie donc en fonction de la situation (ou manipulation) et des valeurs prises par son échelle de mesures.
Ex :
– Appréciation d’un objet par classification (Aronson & Carlsmith, 1963).
– Nombre de syllabes rappelées (Hovland, 1940).
– Temps de réponses (pour reconnaître un visage).
– Estimation d’un risque encouru (sur une échelle de Likert en 7 points).
– Amplitude de l’activité électro-physiologique.
Les échelles utilisées en psychologie peuvent être regroupées en quatre classes d’échelles distinctes (nominale, ordinale, d’intervalle et de rapport).
Échelle nominale : on appelle échelle nominale un ensemble d’observables identifiés de simples catégories non hiérarchisées, par des étiquettes « nominales » (ex : hommes, ouvrier, « ne sais pas », …). Cet ensemble d’observables ne suit aucun ordre.
Propriétés : anti-réflexivité, anti-symétrie, transitivité.
Traitements statistiques descriptifs : ce type d’échelle permet le calcul de pourcentages, de fréquences, du mode.
On appelle échelle ordinale un ensemble d’observables qui suit un ordre total ; ordre qui n’implique rien quant à la distance entre les différentes réponses. Deux types d’échelles ordinales, nominales et numériques, dont les conséquences en termes de traitement peuvent être différentes.
Échelles ordinales nominales (non numériques) : échelles composées de catégories hiérarchisées selon un ordre, mais l’écart entre les catégories classées n’est pas connu.
Échelles ordinales numériques (ou variables discrètes) : les valeurs sont des valeurs isolées, des nombres entiers qui suivent un ordre.
Traitements statistiques descriptifs : quantiles ; quartiles ; médiane ; classements ordonnés ; calcul d’effectifs cumulés ; et certains traitements non paramétriques.
On appelle échelle d’intervalles un ensemble d’observables représentés par des nombres, des valeurs continues (i.e., cette échelle peut prendre toute valeur dans un intervalle noté [a, b]). C’est la caractéristique métrique qui différencie ce type de variable des variables ordinales numériques. Les valeurs de ce type de variable constituent un ordre total avec une distance empiriquement constante entre les modalités. En d’autres termes, deux intervalles de cette variable renvoient toujours à la même quantité lorsque cette distance est égale. Par exemple, la différence entre 5 et 6 est de 1, cette distance est équivalente à la distance qui sépare 19 de 20 … Toutefois, le zéro n’a pas ici une « vraie valeur » ; son origine est arbitraire (ex : 0 C° pour la température).
Ex : Note à un examen.
On appelle échelles de rapports, les échelles qui regroupent toutes les propriétés des échelles d’intervalles et dont le zéro n’est pas un zéro arbitraire (ex : les degrés Kelvin pour la température).
Ex : Taille ; poids ; vitesse ; Nombre total de traits sélectionnés ; Nombre d’informations correctement rappelées.
Traitements statistiques inférentiels pour ces deux échelles : opérations compatibles avec l’ordre et les intervalles égaux (addition, multiplication) ; i.e., moyenne; somme; variance; écart-type.
Donc tests paramétriques possibles (test de Student ; ANOVA …).
La variable indépendante dite VI est une cause potentielle du phénomène étudié. Afin d’en tester l’effet effectif sur la réponse du sujet (ou VD), la démarche expérimentale, démarche comparative, suppose la variation systématique de cette cause en plusieurs niveaux (au moins deux). Elle prend ainsi plusieurs valeurs. Ces valeurs s’appellent des modalités ou niveaux du facteur. Concrètement, la VI comprend nécessairement au moins deux modalités. La VI, caractéristique du sujet ou de la situation, est fixée par l’expérimentateur. Elle est dite indépendante parce que « contrôlée » par l’expérimentateur.
Le choix des VI dépend d’un savant dosage visant à respecter la validité interne expérimentale (niveaux des processus étudiés) et la validité externe (situation proche d’une situation naturelle).
Ecriture d’une VI : Nom (modalité 1 versus modalité 2 versus modalité n).
Ex :
– Intensité de la menace (forte vs faible) : Aronson & Carlsmith (1963).
– Longueur des listes de syllabes (9 vs 12 vs 15) : Hovland (1940).
– Croyance des sujets (religieuse vs légaliste) : Cacioppo, Petty & Sidera (1982).
– Nature de l’Avertisseur (compatible vs incompatible).
4 distinctions permettent de classer les variables indépendantes :
– Distinction entre VI principales et VI secondaires. Distinction qui renvoie aux objectifs de l’expérience :
+ Les VI principales sont des VI à partir desquelles l’expérimentateur formule des hypothèses.
+ Les VI secondaires sont des VI à partir desquelles l’expérimentateur ne formule pas d’hypothèses particulières, mais dont il sait ou dont il suppose qu’elles ont une influence sur le phénomène étudié. Aussi est-il important de les contrôler afin d’éviter leurs effets parasites.
– Distinction entre VI systématiques et VI aléatoires. Distinction qui renvoie à la manière dont les modalités des VI ont été échantillonnées :
+ Les VI systématiques (ou VI Modèle I) sont les VI que l’expérimentateur fait varier systématiquement suivant un nombre n de modalités qu’il choisit lui-même parmi l’ensemble des possibles.
+ Les VI aléatoires (ou VI Modèle II) sont les VI pour lesquelles les modalités ont été choisies au hasard, et sont considérées comme les représentants d’une certaine distribution.
– Distinction entre VI invoquées et VI provoquées. Distinction qui renvoie à la possibilité ou l’impossibilité d’affecter arbitrairement les sujets à certains groupes expérimentaux :
+ Les VI invoquées sont les VI qui permettent à l’expérimentateur de repérer les conditions expérimentales sans qu’il puisse affecter arbitrairement (i.e., aléatoirement) les sujets dans les groupes expérimentaux de son choix, les sujets étant affublés de leur « étiquette » AVANT l’expérimentation. L’expérimentateur répartit ici les sujets en fonction de leurs caractéristiques idiosyncrasiques et/ou de celles de la situation.
+ Les VI provoquées sont les VI « manipulées » par l’expérimentateur. Il peut affecter arbitrairement les sujets dans n’importe quelles conditions expérimentales.
– Distinction entre VI intrasujets et VI intersujets. Distinction qui renvoie à la nature de la relation que les sujets entretiennent avec les modalités de la (ou des) variable(s) indépendante(s) :
+ Les VI intrasujets sont les VI pour lesquelles les sujets entretiennent une relation de croisement avec toutes les modalités de la (ou des) VI. Pour désigner les données recueillies avec ce type de plan, on parle d’échantillons de mesures appareillées ou appariées. Tous les sujets passent dans chacune des conditions expérimentales correspondant à chacune des modalités de la VI. On dit aussi que les mesures sont répétées. Ex :
. Position des mots dans une liste (première vs dernière).
. Longueur des listes de syllabes (9 vs 12 vs 15) : Hovland (1940).
. Moment de la mesure (avant vs après).
+ Les VI intersujets sont les VI pour lesquelles les sujets entretiennent une relation d’emboîtement avec les modalités de la (ou des) VI. Les sujets sont placés dans une et une seule condition expérimentale. Ex :
. Appartenance sexuelle biologique des sujets (femme vs homme).
. Intensité de la Menace (légère vs forte) : Aronson & Carlsmith (1963).
→ Cette distinction détermine l’écriture du plan expérimental, le nombre de groupes et de sujets, la configuration des tableaux (des données, des moyennes, tableau expérimental), la procédure expérimentale …