Psychogenèse et histoire des sciences ()
Chapitre III.
Le développement historique de la géométrie
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I. Les Éléments d’Euclide🔗
L’histoire des mathématiques ne commence pas avec les Grecs. Prendre la Grèce comme point de départ ne signifie pas adhérer à une tradition qui a injustement relégué — ou tout au moins minimisé — le développement des mathématiques des autres peuples de l’Antiquité, en envisageant le « miracle grec » comme une coupure sans précédent ni parallèle. Suivre la voie grecque nous permet d’œuvrer dans la continuité historique : malgré une grande quantité d’incertitudes initiales, il est possible d’établir un processus dont les étapes successives peuvent être suivies pas à pas jusqu’à nos jours.
Sans doute, dans les mathématiques grecques, la géométrie est la branche qui a fait preuve d’une telle perfection qu’elle est devenue pendant plusieurs siècles le paradigme même de la science. Deux mille ans après Euclide, elle sera pour Newton le modèle pour toute construction d’une théorie scientifique, et ses Principia s’inspireront de ce modèle.
Cependant, notre but n’est pas de faire une synthèse historique de la géométrie des Grecs mais de souligner les caractéristiques qui mettent en évidence ses bases méthodologiques et le cadre épistémologique dans lequel les géomètres grecs ont travaillé. Pour cela, nous nous limiterons aux quatre noms les plus importants de cette période, en laissant de côté beaucoup d’autres dont pourtant la contribution est notable. Il sera question d’Euclide, d’Archimède, d’Apollonius et de Pappus.
Euclide est suffisamment connu pour qu’il soit inutile d’entrer dans le détail de la signification historique de ses Éléments. Ils représentent, sans doute, la contribution la plus importante de l’Antiquité à la méthodologie des sciences.
La valeur de ses travaux est indépendante de la discussion concernant le nom d’Euclide en tant qu’auteur des Éléments (nom attribué par quelques-uns à un seul homme et par d’autres à toute une école). Il est également en dehors de notre propos de nous occuper ici de ses prédécesseurs qui, d’après Proclus, ont écrit sur les éléments de la géométrie. Cet auteur parle d’Euclide comme de « celui qui rassembla les Éléments, mit en ordre beaucoup de choses trouvées par Eudoxe, perfectionna ce qui avait été commencé par Theaetetus, et démontra plus rigoureusement ce qui n’avait encore été que trop mollement démontré avant lui ».
L’importance de la contribution d’Euclide qui, dans la formulation de ses Éléments, présenta la première axiomatisation de l’histoire des mathématiques n’a été appréciée (à l’exception d’Archimède) que longtemps après. Elle ne fut comprise dans toute sa profondeur qu’au moment de la transition du xixe au xxe siècle, et à partir des travaux de Hilbert et de Peano. Nous n’insisterons pas sur l’analyse de cette contribution, et ceci pour deux raisons différentes. En premier lieu, la signification de la méthode axiomatique est parfaitement connue, et dans n’importe lequel des bons ouvrages qui traitent des fondements des mathématiques ou de la logique il est possible d’en trouver un clair exposé. En second lieu, l’axiomatisation d’une théorie représente un point d’arrivée, le terme de son développement ; elle est une formulation systématique d’éléments préalablement élaborés par laquelle on essaie d’éclaircir ses rapports logiques. Bien qu’elle soit très féconde, cette méthode est loin d’épuiser l’analyse épistémologique. Notre analyse, comme nous l’avons déjà souligné, doit s’occuper surtout du processus même de la construction, de la genèse des structurations successives, des mécanismes de passage d’un stade au suivant dans le développement historique de la science.
Les Éléments d’Euclide ont, pour notre analyse, l’intérêt de représenter d’une façon parfaite le type de géométrie qui va dominer pendant toute la période comprise entre l’Antiquité et l’époque moderne. Ces caractéristiques ne seront mises en lumière qu’au xixe siècle, au moment même d’une profonde révolution méthodologique et d’un changement de conceptions sur la signification de la géométrie. À ce moment, ses caractéristiques et les limitations qu’elles comportent seront mises en évidence. Pour comprendre ce processus il convient peut-être d’esquisser le développement de la géométrie à partir du xviie siècle, puis de revenir aux Grecs : leurs réussites et les obstacles qu’ils ont rencontrés prendront ainsi un sens à la lumière des développements ultérieurs.
II. La géométrie analytique🔗
Après les Grecs, la première mutation spectaculaire a été produite par la géométrie analytique. Bien que précédé chronologiquement par Fermat (1601-1665), c’est René Descartes qui, avec son célèbre Discours de la méthode pour bien conduire sa raison et chercher la vérité dans les sciences (1637), sera le moteur le plus important de ce processus. Le troisième appendice du Discours, dont le titre est « La géométrie », est le jalon qui marque le commencement de l’âge moderne en mathématiques.
Descartes et Fermat vont remplacer les points d’un plan au moyen de couples de nombres, et les courbes au moyen d’équations. Ainsi, à l’étude des propriétés des courbes sera substituée l’étude des propriétés algébriques des équations correspondantes. La géométrie sera ainsi « réduite » à l’algèbre. Descartes lui-même est tout à fait conscient de l’importance de son œuvre : l’année même de sa publication il envoie une lettre à Mersonne où il affirme que sa méthode d’analyse de la nature et des propriétés des courbes a dépassé la géométrie ordinaire de la même façon que la rhétorique de Cicéron dépasse l’a-b-c des enfants.
Un demi-siècle après le Discours, Newton publia ses Principia (1687). Le calcul différentiel créé par Newton et, indépendamment, par Leibniz, donnera à la géométrie analytique une portée que Descartes n’avait pas prévue. Plus tard, les Bernoulli, Euler et Lagrange vont compléter la « réduction » de la géométrie à l’analyse.
Envisagée dans sa perspective historique, il est possible d’établir dans quelle mesure la géométrie analytique a dépassé la « géométrie ordinaire », en quoi consiste exactement le dépassement auquel se réfère Descartes, et dans quelle mesure elle est restée liée à la tradition grecque. D’autre part, comme nous l’avons dit, cette comparaison permet de mieux apprécier les caractéristiques et les limites de cette dernière. Cette évaluation a eu lieu au début du xixe siècle. Deux géomètres français, Poncelet (1788-1867) et Chasles (1793-1880), seront ses meilleurs interprètes.
Dans l’introduction à son célèbre Traité 1, Poncelet signale clairement dans quel sens la géométrie analytique a dépassé la « Géométrie Ancienne » :
[…] tandis que la Géométrie analytique offre, par la marche qui lui est propre, des moyens généraux et uniformes pour procéder à la solution des questions qui se présentent, à la recherche des propriétés des figures ; tandis qu’elle arrive à des résultats dont la généralité est pour ainsi dire sans bornes, l’autre procède au hasard ; sa marche dépend tout à fait de la sagacité de celui qui l’emploie, et ses résultats sont, presque toujours, bornés à l’état particulier de la figure que l’on considère. Par les efforts successifs des géomètres, les vérités particulières se sont multipliées sans cesse, mais il est arrivé rarement que la méthode et la théorie générale y aient gagné […] 2.
Poncelet explique ainsi les causes profondes de cette situation :
Dans la Géométrie ordinaire, qu’on nomme souvent la synthèse, les principes sont tout autres, la marche est plus timide ou plus sévère ; la figure est décrite, jamais on ne la perd de vue, toujours on raisonne sur des grandeurs, des formes réelles et existantes, et jamais on ne tire des conséquences qui ne puissent se peindre, à l’imagination ou à la vue, par des objets sensibles ; on s’arrête dès que ces objets cessent d’avoir une existence positive et absolue, une existence physique. La rigueur est même poussée jusqu’au point de ne pas admettre les conséquences d’un raisonnement, établi dans une certaine disposition générale des objets d’une figure, pour une autre disposition également générale de ces objets, et qui aurait toute l’analogie possible avec la première ; en un mot, dans cette Géométrie restreinte, on est forcé de reprendre toute la série des raisonnements primitifs, dès l’instant où une ligne, un point ont passé de la droite à la gauche d’un autre, etc. 3
De son côté, Chasles, dans sa magnifique synthèse historique sur le développement de la géométrie 4 nous présente un commentaire similaire :
La Géométrie de Descartes, outre ce caractère éminent d’universalité, se distingue encore de la Géométrie ancienne sous un rapport particulier qui mérite d’être remarqué ; c’est qu’elle établit, par une seule formule, des propriétés générales de familles entières de courbes ; de sorte que l’on ne saurait découvrir par cette voie quelque propriété d’une courbe, qu’elle ne fasse aussitôt connaître des propriétés semblables ou analogues dans une infinité d’autres lignes. Jusque-là , on n’avait étudié que des propriétés particulières de quelques courbes, prises une à une, et toujours par des moyens différents qui n’établissaient aucune liaison entre différentes courbes 5.
III. La géométrie projective🔗
Une fois la géométrie analytique définitivement constituée, il s’est établi un corps de doctrines à partir duquel va se produire une profonde révolution dans la pensée mathématique. Poncelet et Chasles sont parmi les plus importants promoteurs de cette révolution. Les citations de ces auteurs que nous avons présentées dans la section précédente font partie de leurs réflexions sur le développement historique de la géométrie. Mais ils ne s’arrêtent pas là  : au contraire, ils présentent aussi leur propre interprétation du processus et en tirent les conséquences pour une nouvelle formulation de cette science qui dominera presque tout le xixe siècle. Dans l’histoire de la science, il est peu fréquent de pouvoir suivre aussi clairement le processus au moyen duquel se produit un changement fondamental dans la ligne de pensée. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire d’approfondir l’analyse pour chercher avec difficulté une interprétation adéquate. Il suffit d’écouter l’explication que nous donnent les protagonistes du changement sur l’origine de leurs idées.
Après avoir expliqué le degré de généralité de la géométrie analytique et, parallèlement, les limites de la « géométrie ancienne », Poncelet étudie les causes de ces différences :
L’Algèbre emploie des signes abstraits, elle représente les grandeurs absolues par des caractères qui n’ont aucune valeur par eux-mêmes, et qui laissent à ces grandeurs toute l’indétermination possible ; par suite elle opère et raisonne forcément sur les signes de non-existence comme sur des quantités toujours absolues, toujours réelles […]. Le résultat doit donc lui-même participer de cette généralité et s’étendre à tous les cas possibles, à toutes les valeurs des lettres qui y entrent 6.
Mais Poncelet comprend parfaitement que cette capacité de généralisation ne se limite pas aux « signes abstraits ». En effet, il remarque plus loin :
Or on est conduit à toutes ces conséquences, non seulement quand on emploie les signes et les notations de l’algèbre, mais aussi toutes les fois qu’en raisonnant sur des grandeurs quelconques on fait abstraction de leurs valeurs numériques et absolues ; en un mot, toutes les fois qu’on emploie le raisonnement sur des grandeurs indéterminées, c’est-à -dire le raisonnement purement implicite 7.
Le problème que se pose Poncelet consiste à rechercher par des méthodes spécifiques de la géométrie, c’est-à -dire sans faire appel à l’algèbre, la façon d’y appliquer le raisonnement implicite, en faisant abstraction de la figure, et à obtenir ainsi le même degré de généralité que la géométrie analytique. La question est formulée dans ces termes :
L’ancienne Géométrie est hérissée de figures. La raison en est simple. Puisqu’on manquait alors de principes généraux et abstraits, chaque question ne pouvait être traitée qu’à l’état concret, sur la figure même qui était l’objet de cette question, et dont la vue seule pouvait faire découvrir les éléments nécessaires à la démonstration ou à la solution cherchée. Mais on n’a pas été sans éprouver les inconvénients de cette manière de procéder, par la difficulté de construction de certaines figures, et par leur complication, qui en rend l’intelligence laborieuse et pénible. C’est surtout dans les questions de la Géométrie à trois dimensions, où les figures peuvent devenir tout à fait impossibles, que l’inconvénient que nous signalons se fait le plus sentir.
Ce défaut de la Géométrie ancienne fait l’un des avantages relatifs de la Géométrie analytique, où il se trouve éludé de la manière la plus heureuse. On a dû se demander, après cela, s’il n’était point aussi, en Géométrie pure et spéculative, une manière de raisonner sans l’assistance continuelle de figures, dont un inconvénient réel, même quand leur construction est facile, est tout au moins de fatiguer l’esprit et de ralentir la pensée.
Les écrits de Monge, et le professorat de cet illustre maître, dont les manières nous avaient été conservées par l’un de ses plus célèbres disciples, héritier de sa chaire, ont résolu la question. Il nous ont appris qu’il suffit, maintenant que les éléments de la science sont formés et très étendus, d’introduire, dans notre langage et dans nos conceptions géométriques, ces principes généraux et ces transformations analogues à celle de l’Analyse, qui, en nous faisant connaître une vérité dans sa pureté primitive et sous toutes ses faces, se prêtent à des déductions faciles et fécondes, par lesquelles on arrive naturellement au but 8.
Chasles suit un chemin parallèle à celui de Poncelet et, après avoir présenté une étude historique qui reste encore un classique de l’histoire de la géométrie, il arrive à des conclusions identiques :
[…] en réfléchissant sur les procédés de l’Algèbre et en recherchant la cause des avantages immenses qu’elle apporte dans la Géométrie, ne s’aperçoit-on pas qu’elle doit une partie de ces avantages à la facilité des transformations que l’on fait subir aux expressions qu’on y introduit d’abord ? Transformations dont le secret et le mécanisme font la véritable science, et l’objet constant des recherches de l’analyste. N’était-il pas naturel de chercher à introduire pareillement dans la Géométrie pure des transformations analogues portant directement sur les figures proposées et sur leurs propriétés 9.
Sans qu’il soit nécessaire de continuer avec des citations, il est clair que Poncelet et Chasles vont incorporer les systèmes de transformations comme méthode fondamentale de la géométrie et qu’ils essaient ainsi de donner à cette science, indépendamment de l’algèbre, la même généralité, la même souplesse, la même fécondité que la géométrie analytique avait montrées au cours de son développement au xviiie siècle.
Mais il est clair aussi que ces deux géomètres vont introduire leur nouvelle conception de la géométrie à partir des méthodes algébriques. C’est également en s’inspirant des méthodes algébriques qu’ils vont donner un sens « purement géométrique » aux éléments « imaginaires ». À titre d’illustration, on présentera un exemple d’une grande pertinence historique. Au deuxième chapitre de l’œuvre de Poncelet à laquelle on a fait référence, celui-ci étudie les propriétés projectives des figures et il analyse les conséquences qui découlent de l’application de quelques théorèmes démontrés « dans des circonstances de construction générale », à des cas où les points ou droites des figures en question sont imaginaires. Ensuite, il arrive aux conclusions suivantes :
a. Deux hyperboles ou plus, semblables et semblablement placées (« s. et s. p. ») sur un plan, ont leurs asymptotes parallèles ; par conséquent elles ont deux points communs et une sécante commune à l’infini.
b. Étant donné un nombre quelconque d’ellipses « s. et s. p. », pour chaque direction donnée il existe un système d’hyperboles « supplémentaires » dont les diamètres de contact sont parallèles ; puisqu’elles sont toutes « s. et s. p. », elles ont une sécante commune à l’infini, qu’on peut supposer parallèle à la direction donnée ; par conséquent, les ellipses données ont une sécante commune à l’infini, c’est-à -dire qu’elles ont deux points imaginaires communs à l’infini.
c. Étant donné le fait que les paraboles peuvent être considérées comme des ellipses infiniment allongées, toutes les paraboles « semblablement situées » se rejoignent en un point dont la tangente se trouve à l’infini.
d. Deux circonférences, ou plus, placées arbitrairement sur le plan sont, évidemment, des courbes « s. et s. p. » sur ce plan, et il est possible de faire appel en ce qui les concerne aux raisonnements précédents ; par conséquent, elles ont une sécante idéale commune à l’infini.
De cette dernière proposition découle la célèbre assertion de Poncelet :
Des cercles placés arbitrairement sur un plan ne sont donc pas tout à fait indépendants entre eux, comme on pourrait le croire au premier abord ; ils ont idéalement deux points imaginaires communs à l’infini et, sous ce rapport, ils doivent jouir de certaines propriétés appartenant à la fois à tout leur système, et analogues à celles dont ils jouissent quand ils ont une sécante commune ordinaire.
L’introduction de ces idées dans la géométrie projective permettra une généralisation et une simplification remarquables de plusieurs résultats partiels. Ainsi, par exemple, les deux points fixes, situés à l’infini où passent tous les cercles du plan qui seront nommés « points cycliques », ont aussi permis d’appliquer aux cercles le théorème d’après lequel le nombre de points d’intersection de deux courbes algébriques planes de degré m et n est égal au produit mn (la circonférence était apparemment une exception, étant donné que son équation est du deuxième degré ; l’intersection de deux cercles serait un cas dans lequel m = n = 2, dont le produit est mn = 4).
Sur la base des points cycliques à l’infini, Laguerre réussit à donner une définition de l’angle formé par deux droites. En général, l’expression analytique de toutes les propriétés métriques euclidiennes suppose la relation entre la propriété en question et les points cycliques à l’infini, ou bien les coniques et quadratiques à l’infini introduites plus tard par Cayley sous le nom d’« absolus ». À Cayley appartient l’idée que toutes les propriétés métriques des figures ne sont autre chose que les propriétés projectives en rapport avec les absolus. Il est important de souligner que les travaux de Cayley se basent sur sa théorie des « quantics » (polynômes homogènes de deux ou plusieurs variables) et de leurs invariants. Ses études sur la géométrie projective ont donc leur source dans une perspective algébrique.
Les idées de Cayley ont été développées par Klein. Celui-ci réussira à donner à ces idées un degré de généralité tel qu’une synthèse de toute la géométrie en deviendra possible. La découverte centrale de Klein a été la nature projective des géométries non euclidiennes, ainsi que la démonstration de l’indépendance de la géométrie projective par rapport à la théorie des parallèles. À partir de la conception de la métrique de Cayley, Klein établit, avec clarté, que, en fonction de la nature de l’« absolu », on peut obtenir toutes les géométries : quand la surface absolue de deuxième degré est un ellipsoïde, un paraboloïde elliptique ou un hyperboloïde réels, on obtient la géométrie de Bolyai-Lobatchevsky ; quand la surface est imaginaire, on obtient la géométrie non euclidienne de Riemann ; quand il s’agit d’une sphère, on obtient la géométrie euclidienne.
Or, ces travaux de Klein ouvrent la voie à une nouvelle étape de la géométrie : celle de son incorporation à la mathématique moderne.
IV. Antécédents de la notion de transformation🔗
La notion de transformation est donc à la base de la nouvelle géométrie, qui se développera au cours du xixe siècle. On peut donc se demander si elle n’a pas eu d’antécédent historique et, en tout cas, pourquoi il a fallu tant de siècles pour s’en servir et prendre conscience de son rôle. De même, dans la mesure où cette notion s’inspire de la géométrie analytique (laquelle, de son côté, est fondée sur l’introduction de coordonnées et, par leur intermédiaire, sur la « réduction » de la géométrie à l’algèbre et au calcul infinitésimal), nous devons nous interroger sur les antécédents historiques de ces méthodes. En ce sens, l’histoire est pleine d’enseignements et nous pouvons y trouver une base solide pour la théorie épistémologique. Cependant, nous tenons à souligner que la recherche d’antécédents n’a pas pour but d’établir des « priorités » ou de préciser, comme on le fait souvent dans la recherche historique, le degré d’originalité d’un auteur ou d’une école donnés. D’une certaine façon, notre recherche s’oppose à cette pratique historique. Notre objectif est d’abord de déterminer quels ont été les facteurs qui ont empêché le développement d’idées entrevues à une certaine période et restées ensuite à l’état embryonnaire, ceci parfois pendant des siècles. Notre hypothèse de travail consiste à considérer que ces faits n’obéissent pas au hasard et que ces périodes d’attente correspondent en général à des périodes de développement d’autres méthodes ou d’autres concepts sans lesquels ces idées ne pouvaient pas être élaborées en profondeur.
1. Les antécédents grecs🔗
Parmi les textes d’Euclide qui ont été perdus se trouvent trois livres sur les porismes. D’après le témoignage de Proclus et de Pappus cette œuvre avait une profondeur encore plus grande que celle des Éléments. Il ne nous en reste que trente propositions qui ont été incluses par Pappus dans sa Collection mathématique. La signification du terme « porisme » a intrigué les géomètres à toutes les époques : cette notion, en effet, apparaissait comme nouvelle, à côté des notions de « théorème » et de « problème » et, d’une certaine façon, elle partageait la signification de celles-ci. Chasles, de son côté, a proposé une nouvelle interprétation en ce qui concerne la signification des porismes. Ses conclusions sont les suivantes :
Si ce livre des Porismes nous fût parvenu, il eût donné lieu depuis longtemps à la conception et au développement des théories élémentaires du rapport anharmonique, des divisions homographiques et de l’involution 10…
Archimède introduit un nouveau concept qui permet, pour la première fois, d’obtenir la quadrature de l’espace compris entre une courbe et des droites. Pour cela, il conçoit cet espace (dont la mesure est souvent appelée, en abrégé, l’« aire de la courbe ») comme la limite vers laquelle s’approchent de plus en plus les polygones inscrits et circonscrits quand on multiplie par bissection le nombre des côtés, d’une façon telle que la différence entre eux devienne plus petite que n’importe quelle quantité donnée. Archimède applique pour la première fois cette méthode, qu’il appelle méthode d’exhaustion, à la quadrature de la parabole. Sans doute trouverons-nous ici le germe de ce qui deviendra le calcul infinitésimal qui, toutefois, demandera plus de dix-huit siècles pour se développer.
Avec ses Éléments des coniques, Apollonius apporte non seulement une remarquable quantité de nouvelles méthodes, mais aussi une méthodologie et une rénovation conceptuelles où on peut retrouver le germe lointain de la géométrie analytique du xviiie siècle. En ce sens, il a été dit et souvent répété qu’Apollonius est le premier qui ait fait appel à un système de coordonnées pour ses démonstrations géométriques. Un exemple concret nous permettra d’apprécier dans quelle mesure Apollonius fait vraiment appel à un système de coordonnées et en quoi il reste éloigné de Fermat et de Descartes. L’exemple, choisi pour sa clarté, est pris dans la reconstruction par Chasles de la méthode employée par Apollonius. Chasles la nomme « la propriété fondamentale des coniques » :
Concevons un cône oblique à base circulaire : la droite menée de son sommet au centre du cercle qui lui sert de base est appelée l’axe du cône. Le plan mené par l’axe perpendiculairement au plan de la base coupe le cône suivant deux arêtes et détermine dans le cercle un diamètre : le triangle qui a pour base ce diamètre et pour côtés les deux arêtes s’appelle le triangle par l’axe. Apollonius suppose, pour former ses sections coniques, le plan coupant perpendiculaire au plan du triangle par l’axe. Les points où ce plan rencontre les deux côtés de ce triangle sont les sommets de la courbe ; et la droite qui joint ces deux points en est un diamètre. Apollonius appelle ce diamètre latus transversum. « Que, par l’un des deux sommets de la courbe, on élève une perpendiculaire au plan du triangle par l’axe, qu’on lui donne une certaine longueur, déterminée, comme nous le dirons ci-après, et que, de l’extrémité de cette perpendiculaire, on mène une droite à l’autre sommet de la courbe. Maintenant que, par un point quelconque du diamètre de la courbe, on élève perpendiculairement une ordonnée : le carré de cette ordonnée, comprise entre le diamètre et la courbe, sera égal au rectangle construit sur la partie de l’ordonnée comprise entre le diamètre et la droite, et sur la partie du diamètre comprise entre le premier sommet et le pied de l’ordonnée. Telle est la propriété originaire et caractéristique qu’Apollonius reconnaît à ses sections coniques, et dont il se sert pour en conclure, par des transformations et des déductions très habiles, presque toutes les autres. Elle joue, comme on le voit, dans ses mains, à peu près le même rôle que l’équation du second degré à deux variables dans le système de Géométrie analytique de Descartes 11.
Finalement, en ce qui concerne Pappus, on signalera seulement deux aspects de son œuvre qui peuvent également être considérés, d’une certaine façon, comme des anticipations des méthodes et des concepts qui seront utilisés par la géométrie projective. Le premier exemple est pris de son étude sur la quadratrice de Dinostrate. Le deuxième correspond à sa découverte du rapport anharmonique.
La génération mécanique de la quadratrice est bien connue : c’est l’intersection d’un rayon de cercle qui tourne autour du centre et d’un diamètre qui se déplace parallèlement à lui-même. Pappus dit ensuite que « cette courbe peut se former par les lieux à la surface, ou bien par la spirale d’Archimède ».
Première méthode :
Soit une hélice décrite sur un cylindre droit circulaire ; de ses points on abaisse des perpendiculaires sur l’axe du cylindre : ces droites forment la surface hélicoïde rampante ; « Par l’une de ces droites on mène un plan, convenablement incliné sur le plan de la base du cylindre ; ce plan coupe la surface suivant une courbe dont la projection orthogonale sur la base du cylindre est la quadratrice.
Deuxième méthode :
Qu’une spirale d’Archimède soit prise pour la base d’un cylindre droit ; que l’on conçoive un cône de révolution ayant pour axe l’arête du cylindre menée par l’origine de la spirale ; ce cône coupera la surface cylindrique suivant une courbe à double courbure ;
Les perpendiculaires abaissées, des différents points de cette courbe, sur l’arête en question du cylindre, formeront la surface hélicoïde rampante ;
Un plan mené par une arête de cette surface, et convenablement incliné, la coupera suivant une courbe dont la projection orthogonale sur le plan de la spirale sera la quadratrice demandée.
La deuxième contribution de Pappus dont on va s’occuper est sa découverte du rapport qui a été baptisé par Chasles « rapport en fonction anharmonique ». En tant qu’invariant de tout système de rapports projectifs, elle jouera un rôle très important dans la géométrie du xixe siècle. Dans la proposition 129 du livre VII de La Collection mathématique 12, Pappus la décrit de la façon suivante :
Quand quatre droites sont issues d’un même point, elles forment sur une transversale, menée arbitrairement dans leur plan, quatre segments qui ont entre eux un certain rapport constant quelle que soit la transversale.
C’est-à -dire, si a, b, c, d sont les quatre points sur lesquels une transversale quelconque coupe les quatre droites, « le rapport ac/ad : bc/bd sera constant, quelle que soit la transversale ».
Les exemples pris chez les quatre géomètres grecs auxquels nous avons fait référence montrent qu’il existait chez eux, sous une forme embryonnaire, une certaine idée de l’usage des coordonnées (Apollonius) et des modifications successives d’une figure tendant vers une limite (Archimède), ainsi qu’une utilisation de la notion de transformation par projections (Euclide, Pappus).
D’un point de vue historico-critique et en fonction de notre objectif épistémologique, il faut nous poser maintenant quelques questions. Tout d’abord pouvons-nous considérer que ces géomètres soient des précurseurs de Descartes, de Newton et des géomètres du xixe siècle ? En second lieu, quelle est la raison pour laquelle les méthodes esquissées, dans les exemples mentionnés, n’ont pas été développées ni même appliquées au cours des siècles suivants ? Et pourquoi ces méthodes n’ont-elles pas modifié les caractéristiques de la géométrie grecque indiquées plus haut ?
Avant de répondre à ces questions, nous allons faire référence à quelques exemples de « précurseurs » des géomètres du xixe siècle afin de mettre clairement en évidence les caractéristiques distinctives des uns et des autres.
2. Exemples caractéristiques du xvie et du xviie siècle🔗
Le mérite d’avoir utilisé pour la première fois d’une façon explicite une transformation comme méthode pour résoudre un problème géométrique pourrait bien revenir à Viète. C’est dans ses travaux sur la trigonométrie sphérique qu’il appliqua une transformation des triangles sphériques décrite dans ces termes : « Si des trois sommets d’un triangle sphérique, comme pôles, on décrit des arcs de grands cercles, le triangle nouveau qui en résultera sera réciproque au premier triangle, tant par les angles que par les côtés. » Chasles, auteur de cette citation, ajoute le commentaire suivant :
Hâtons-nous de dire que ce triangle réciproque n’est pas précisément le triangle polaire ou supplémentaire, dans lequel les côtés sont les suppléments des angles du triangle primitif, et les angles, les suppléments des côtés : deux des côtés du triangle de Viète sont égaux aux angles du triangle proposé, et le troisième côté est égal au supplément du troisième angle. De cette manière, la parfaite réciprocité des deux triangles supplémentaires, d’où résulte cette dualité constante des propriétés des figures sphériques, n’a pas lieu dans les deux triangles de Viète. Mais cette idée féconde, de transformer ainsi les triangles, pour certains cas de la trigonométrie, n’en mérite pas moins d’être signalée, comme étant le premier pas de l’esprit inventeur et le premier germe des méthodes générales de dualisation 13…
On doit à Snellius, dans son Traité de trigonométrie publié en 1627, l’application correcte de la notion de triangles supplémentaires et l’utilisation systématique des transformations de triangles inaugurée par Viète. Cependant, comme nous allons le voir aussi dans d’autres domaines, ni la notion abstraite de dualité ni le concept général de transformation qui découlerait apparemment de manière naturelle et directe de l’œuvre de Snellius n’ont été conçus en tant que tels à cette époque-là .
Après Snellius, ce sont Desargues (1595-1662) et Pascal (1623-1662) qui feront le prochain pas important. Tous deux reprendront l’étude des coniques, si chère aux géomètres grecs, d’un point de vue beaucoup plus général qui permettra de simplifier et d’étendre dans une grande mesure la connaissance des anciens sur les propriétés de ces courbes.
La simplicité des idées introduites par Desargues (idées qui lui ont servi de fondement pour élaborer sa théorie) est telle qu’on pourrait les considérer aujourd’hui comme banales. Il ne suffit pas de s’étonner qu’elles n’aient pas été appliquées avant, ni qu’elles aient demandé plus d’un siècle pour se répandre et devenir une méthode naturelle de la géométrie. Ce fait exige aussi une réflexion épistémologique sérieuse.
Les deux idées fondamentales sur lesquelles ont travaillé Desargues et Pascal, son génial disciple, sont les suivantes : en premier lieu, Desargues envisage des sections tout à fait arbitraires d’un cône de base circulaire. Ensuite, il conçoit l’idée d’étendre aux trois coniques les propriétés du cercle, puisqu’elles découlent des différentes manières selon lesquelles il est possible de couper un cône de base circulaire.
La ligne commencée par Desargues et Pascal sera suivie par deux disciples, La Hire (1640-1718) et Le Poivre. D’ailleurs, jusqu’à ce qu’il fût redécouvert par Chasles, le deuxième de ces auteurs est resté méconnu. Tous deux font appel à une méthode de transformations qui met en correspondance des points et des droites d’un conique arbitraire donné, avec des points et des droites d’un cercle. Ils découvrent ainsi des propriétés d’alignement et de concurrence qui seront le prélude de la géométrie descriptive de Monge. On trouve aussi dans leur œuvre une anticipation des figures homologiques dont la théorie ne sera pas développée avant Poncelet.
3. Pourquoi le retard des transformations ?🔗
Les considérations historiques précédentes soulèvent un problème central pour l’analyse épistémologique : celui des raisons de la constitution si tardive des transformations. Nous avons souligné l’absence de transformations dans la géométrie des Grecs, malgré les porismes d’Euclide, les coordonnées d’Apollonius et les ébauches de modifications de figures chez Archimède et Pappus.
On peut invoquer des raisons profondes, qui seront analysées en détail dans le chapitre sur la psychogenèse des structures géométriques. Ici nous nous bornerons à souligner que la notion de transformation n’apparaît clairement qu’avec l’algèbre et l’analyse, et que ces disciplines se développent seulement à partir du xvie et du xviie siècle.
Nous pensons avoir démontré dans ce chapitre que la notion de transformation en géométrie a une origine indéniable : elle se trouve dans la géométrie analytique. Or, il faut faire ici deux observations : 1. même si, comme les textes courants le soulignent, la géométrie analytique constitue « l’application de l’algèbre à la géométrie », elle est inséparable du calcul infinitésimal, et celui-ci, qui va se développer en étroite interaction avec la géométrie elle-même, aura besoin de tout le xviiie siècle pour se consolider ; 2. il sera donc nécessaire d’attendre jusqu’au xviiie siècle pour voir apparaître certains développements essentiels pour l’algèbre, pour le calcul ainsi que pour la géométrie, avant que cette dernière soit en mesure de faire le bond en avant commencé par Monge et « thématisé » par Poncelet et Chasles.
Pour donner une idée de la complexité du processus d’interaction entre les problèmes « traditionnels » de la géométrie euclidienne et le développement de l’algèbre et du calcul, il est peut-être suffisant de remarquer que ce n’est qu’avec Euler — et alors que le xviiie siècle est bien avancé — qu’on arrive à montrer comment les mouvements et les symétries des figures sont liés au problème du changement des axes de coordonnées, et comment la symétrie peut être traduite analytiquement. Il est bien connu que c’est en parcourant ce chemin qu’Euler aboutit à démontrer qu’un déplacement plan est une rotation, ou une translation, ou une translation suivie d’une symétrie. C’est l’époque de la consolidation des méthodes de calcul et de leur épurement à travers les problèmes posés par la géométrie (soit directement, soit à travers la mécanique). Nous avons déjà exposé à travers les déclarations explicites de Poncelet et Chasles comment cette interaction va nourrir par rétroaction la pensée géométrique et produire ainsi, en prenant appui sur l’algèbre, le grand bond en avant du xixe siècle.
V. La dernière étape : l’algébrisation🔗
Les développements qui ont eu lieu dans la première moitié du xixe siècle exerceront leur influence jusqu’au début du xxe siècle et même au-delà . Ils domineront le champ de la géométrie jusqu’à ce que les idées de Sophus Lie et de Félix Klein, d’une part, et celles de Riemann, d’autre part, fassent leur chemin et que l’on extraie toute la richesse de leur contenu.
L’étape à laquelle a conduit le concept de transformation tel qu’il a été conçu par Poncelet et par Chasles a eu une longue durée marquée par un brillant apogée. Mais la systématisation de la géométrie qu’ils ont réalisée présentait une limitation fondamentale : à travers elle, la distinction entre propriétés métriques et propriétés projectives ne peut être formulée de manière stricte. Ce n’est qu’avec Lie et Klein, sur la base de la notion de groupe de transformations et les invariantes correspondantes, que l’on disposera de l’outil nécessaire pour introduire les distinctions précises entre les différents types de Géométrie. Cette fois c’est Félix Klein qui va formuler de façon magistrale le nouveau point de vue. Une nouvelle étape sera ainsi inaugurée. Le passage de l’étape des transformations projectives à l’étape des structures de groupe constitue une précieuse leçon pour l’épistémologie.
L’idée de transformation introduite pendant l’étape précédente avait une origine clairement intuitive. Le recours à l’intuition a eu des avantages évidents que nous avons déjà signalés mais a également imposé des limitations.
Dans chaque cas particulier un type de transformation était appliqué ; il permettait d’étudier les propriétés des figures à un degré de généralité très élevé, mais les moyens manquaient pour identifier et exprimer la structure de l’ensemble de ces transformations. La théorie des groupes va fournir l’outil nécessaire pour reformuler les problèmes à un autre niveau à partir duquel cette structuration deviendra manifeste.
On considère habituellement que Klein s’est familiarisé avec la théorie des groupes à travers le livre de C. Jordan (1870). Cependant, ses relations avec Lie ont très bien pu être à l’origine de ses premiers contacts avec les travaux de Galois et d’Abel. Nous n’allons pas essayer d’élucider jusqu’à quel point Klein est original. Ce qui nous intéresse c’est la formulation faite par lui dans son Programme d’Erlangen (1872) qui est, sans doute, la plus claire et concise reformulation de la géométrie qu’on ait jamais réalisée.
Les conceptions de Klein ont pour point de départ la notion de groupe de transformations de l’espace. Or, comme l’indique Dieudonné, « la grande originalité de Klein est d’avoir conçu la relation entre une “géométrie” et son groupe en renversant les rôles de ces deux entités, le groupe étant donc l’objet primordial et les divers espaces sur lesquels il “opère” mettant en évidence divers aspects de la structure du groupe 14 ».
Félix Klein lui-même explique ce qu’il fait dans un paragraphe admirable qui mérite d’être cité in extenso :
Il y a des transformations de l’espace qui n’altèrent en rien les propriétés géométriques des figures. Par contre, ces propriétés sont, en effet, indépendantes de la situation occupée dans l’espace par la figure considérée, de sa grandeur absolue, et enfin aussi du sens dans lequel ses parties sont disposées. Les déplacements de l’espace, ses transformations avec similitude et celles par symétrie n’altèrent donc pas les propriétés des figures, non plus que les transformations composées avec les précédents. Nous appellerons groupe principal de transformations de l’espace l’ensemble de toutes ces transformations ; les propriétés géométriques ne sont pas altérées par les transformations du groupe principal. La réciproque est également vraie : les propriétés géométriques sont caractérisées par leur invariance relativement aux transformations du groupe principal. Si l’on considère, en effet, un instant l’espace comme ne pouvant se déplacer, etc., comme une multiplicité fixe, chaque figure possède une individualité propre ; des propriétés qu’elle possède comme individu, celles-là seules sont proprement géométriques que les transformations du groupe principal n’altèrent pas 15.
Klein arrive ainsi à une profonde reformulation de la géométrie :
Comme généralisation de la Géométrie se pose ainsi la question générale que voici : étant donné une multiplicité et un groupe de transformations de cette multiplicité, en étudier les êtres au point de vue des propriétés qui ne sont pas altérées par les transformations du groupe 16.
Et il va donner un peu plus de précision à cette définition :
On donne une multiplicité et un groupe de transformations de cette multiplicité ; développer la théorie des invariants relatifs à ce groupe.
Nous arrivons ainsi à la fin d’un processus qui commence avec Monge et qui est explicité (thématisé) par Poncelet et Chasles : l’introduction en géométrie de la notion de transformation. Klein va faire le grand bond en avant en passant des transformations aux structures qui les « expliquent ». En effet, à partir du moment où l’on reconnaît que le système de transformations qui laisse invariantes certaines propriétés géométriques forme un groupe, on peut remplacer l’analyse des transformations mêmes par l’analyse des relations internes du groupe. Ce sont les relations entre les éléments d’une structure donnée qui passent au premier plan.
Le passage d’une étape à l’autre signifie la mise en relation de divers groupes de transformations qui caractérisent les diverses géométries, conçus comme des sous-groupes d’un système global qui les contient tous. C’est en ceci que consiste la « subordination » des diverses géométries à un groupe unique, dont elles deviennent des « cas particuliers ».
VI. Conclusionsđź”—
1. La notion de transformation en géométrie🔗
La notion de transformation en géométrie, qui s’annonce dans les porismes d’Euclide et dans les constructions de Pappus, est restée pendant des siècles à l’état embryonnaire. À partir du xvie siècle et pendant trois siècles, comme nous l’avons vu, elle chemine lentement avec, parfois, des intuitions brillantes, mais sans arriver à s’ériger en « méthode universelle » pour la géométrie.
En réalité, la notion même de transformation n’a pas été élaborée pendant cette période. On l’appliqua sans avoir conscience ni de sa signification, ni de sa portée. Il ne faut pas en être surpris. Il s’agit là d’une règle générale qui sera souvent mise en évidence dans cet ouvrage. Les notions abstraites des mathématiques ont été d’abord employées dans de nombreux cas particuliers uniquement à titre instrumental, sans avoir donné lieu à une réflexion sur leur signification générale, ni même une prise de conscience du fait qu’on les utilise. Ceci arrive après un processus plus ou moins long, à la fin duquel la notion particulière qui a été employée devient objet de réflexion pour se constituer ensuite en concept fondamental. Ce passage de l’usage, ou application implicite, à l’utilisation consciente et à la conceptualisation constitue ce qu’il a été convenu d’appeler « thématisation ».
Le temps qui s’écoule entre le moment historique où la transformation commence à être utilisée et le moment de sa thématisation n’est pas différent de l’intervalle entre, par exemple, l’utilisation des ensembles — en faisant une claire distinction entre éléments de divers ensembles — et le moment où la notion d’ensemble commence à être thématisée.
Le décalage entre usage et thématisation n’est pas un fait historique fortuit. Aussi bien l’analyse historico-critique que les études psychogénétiques montrent, avec une surprenante convergence, qu’il s’agit d’un fait d’une profonde signification épistémologique. Dans le cas qui nous occupe, la raison fondamentale de la thématisation tardive de la notion de transformation surgit clairement des citations de Poncelet et Chasles que nous avons transcrites. Tous deux reconnaissent que c’est à travers la géométrie analytique, c’est-à -dire l’algèbre, que Monge arrive à sa géométrie descriptive. Ils s’appuient aussi sur la géométrie analytique et sur l’algèbre pour justifier leurs méthodes et fonder leurs théories sur la géométrie. C’est donc bien la nature opérante de la transformation algébrique qui constitue la base de la conceptualisation dans le champ de la géométrie.
L’intervalle de temps écoulé depuis Desargues et Pascal jusqu’à Poncelet et Chasles est la période pendant laquelle se consolide la géométrie analytique, son point d’appui étant constitué par les transformations algébriques. La géométrie demeure subsidiaire de l’algèbre. Les transformations ont lieu à travers les équations. La géométrie n’apparaît qu’au commencement du processus, avec l’énoncé même du problème, et à la fin de celui-ci, comme traduction du résultat des transformations algébriques.
Il a fallu une longue période de travail incessant en algèbre et calcul infinitésimal ainsi qu’en « traduction géométrique » des résultats pour arriver à conceptualiser l’idée même de transformation géométrique sans passer par l’algèbre ou l’analyse. Il a été nécessaire de « travailler » intensément au moyen de « segments négatifs » et avec des « solutions imaginaires » en s’appuyant continuellement sur l’algèbre pour aboutir, par exemple, à la brillante conclusion que toutes les circonférences d’un plan passent par les deux points cycliques de ce plan, et pour pouvoir le démontrer au moyen de simples transformations purement géométriques. Comme « témoin » principal des difficultés de ce processus on pourrait citer un géomètre aussi éminent que Carnot pour qui l’utilisation des quantités négatives ou complexes appliquées à la représentation « d’êtres » géométriques est « absurde » et inintelligible. Dans sa Géométrie de position il affirme catégoriquement : « Je démontre que la notion est complètement fausse et que de son admission résulteraient les plus grandes absurdités. » Et plus loin : « Par ce principe des quantités négatives prises en sens contraire des quantités positives on est invisiblement conduit à l’erreur 17. »
La distance conceptuelle qui sépare Euclide et Pappus, Viète et Snellius, et même Desargues et Pascal des géomètres du xixe siècle est déterminée par l’absence, chez les premiers, de l’instrument opératoire essentiel : les transformations. Jusque-là , la géométrie était restée à peu près dans le cadre conceptuel que lui assignèrent les Grecs. L’énorme progrès que représenta la géométrie analytique n’arriva pas, par lui-même, à produire une modification de ce cadre. Les cent quatre-vingt-cinq années qui s’écoulèrent entre la Géométrie de Descartes et le Traité de Poncelet ont été nécessaires pour arriver au développement de l’instrument opératoire potentiellement capable de révolutionner la géométrie.
Mais pendant tout ce laps de temps, cet instrument s’applique seulement à étendre les connaissances sur les propriétés des courbes et des figures sans modifier essentiellement le point de vue sur lesdites propriétés. Ni la géométrie analytique, ni l’analyse ne produisent cette modification, bien que ce soient elles qui développent les moyens puissants qui la rendront possible. Au point de vue de la conception de la géométrie, aussi bien Descartes que Newton appartiennent à la tradition grecque, même lorsque leurs méthodes la dépassent de beaucoup.
Les considérations précédentes fournissent les éléments pour essayer d’élucider les problèmes épistémologiques du développement historique que nous avons exposé. Ceci nous permettra une compréhension plus profonde de la nature du processus en œuvre ; on pourra alors revenir à l’histoire en suivant le fil conducteur qui va relier entre elles les étapes les plus significatives du développement de la géométrie, et « expliquer » la nature de chacune d’elles dans leur ordre de succession.
2. Les trois types d’algébrisation de la géométrie🔗
L’application de l’algèbre à la géométrie peut se réaliser à partir de trois points de vue très différents dans leur conception et dans leur portée :
a. comme une simple traduction algébrique de la relation entre les éléments d’une figure et un problème géométrique spécifique ;
b. comme une application de la notion de fonction algébrique et des transformations de fonctions ;
c. comme une application du concept de structure algébrique et des relations entre les éléments d’une structure donnée.
Dans le cas a) nous assignons, par exemple, un nombre à un segment établissant une correspondance qui est fixe. Elle est basée sur une ordonnance des points du segment et sur le choix d’une constante (l’unité de mesure). C’est ainsi qu’Apollonius obtient la propriété fondamentale des sections coniques d’où dériveront toutes les autres. Les relations qui peuvent être établies par cette méthode correspondent strictement aux relations internes entre les éléments d’une figure donnée.
Le cas b) correspond à l’étape inaugurée par la géométrie analytique et continuée ensuite par la géométrie projective. L’idée fondamentale, comme nous l’avons déjà vu, est la notion de transformation. Ici, la représentation algébrique ne correspond pas — comme dans le cas a) — à un élément géométrique de grandeur variable, mais à un élément variable dans un système de transformations possibles.
Le passage du cas b) au cas c) signifie une nouvelle « relativisation ». Il ne s’agit plus d’établir des correspondances point à point entre les figures, mais des correspondances entre les éléments d’une même structure donnée. Plus spécifiquement, avec les relations transfigurales se réalise une inversion du processus ; il ne s’agit plus de transformer une figure en une autre, en vérifiant l’accomplissement de certaines conditions (maintenir sans variation quelques éléments) ; il s’agit plutôt d’une structure qui opère sur un ensemble d’éléments. Mais afin de voir clairement ce que cela signifie, il est nécessaire de faire quelques considérations d’une autre nature.
3. Les relations de base : intrafigural, interfigural et transfigural🔗
Le point de départ de l’analyse que nous présenterons ici est l’ensemble des concepts développés par l’école de Genève à travers les recherches en psychologie génétique. La fécondité de cet appareil conceptuel, appliqué à l’histoire de la science, montre non seulement la convergence des études historico-critiques et psychogénétiques soutenue depuis de nombreuses années par l’un des auteurs du présent ouvrage, mais aussi la possibilité d’une interaction effective dans le processus d’élaboration de chacun des thèmes. Dans ce processus, les notions surgies de l’analyse psychogénétique ont servi de guide pour clarifier des développements historiques ou même pour en faire surgir des aspects importants que le récit historique normal maintiendrait complètement ignorés. Ces notions seront exposées plus en détail dans les chapitres suivants. Nous les exposerons brièvement ici pour pouvoir arriver à des conclusions nous conduisant à une explication épistémologique de l’évolution de la géométrie.
La géométrie débute, avec Euclide, par une période pendant laquelle on étudie les propriétés des figures et des corps géométriques en tant que relations internes entre les éléments de ces figures et de ces corps. Il n’y a pas de prise en considération de l’espace en tant que tel ni, par conséquence, des transformations des figures à l’intérieur d’un espace qui les comprendrait toutes. Nous appellerons cette étape « intrafigurale », en employant une expression déjà utilisée en psychologie génétique pour rendre compte du développement des notions géométriques chez l’enfant.
Vient ensuite une étape caractérisée par une mise en relation des figures entre elles, dont la manifestation spécifique est la recherche de transformations reliant les figures selon de multiples formes de correspondances, mais sans aboutir à la subordination des transformations à des structures d’ensemble. C’est la période pendant laquelle la géométrie dominante est la géométrie projective. Nous appellerons cette étape « interfigurale ».
Ensuite commence une troisième étape, que nous appellerons « transfigural », caractérisée par la prééminence des structures. L’expression la plus caractéristique de cette étape est Le Programme d’Erlangen, de Félix Klein.
Ces trois étapes, bien délimitées dans l’histoire de la géométrie, témoignent d’une évolution dans le processus de conceptualisation des notions géométriques. Il ne s’agit pas de périodes d’« accroissement » des connaissances (par rapport à l’étape précédente), mais d’une réinterprétation totale des fondements conceptuels, comme nous l’avons souligné tout au long de notre analyse.
Un tel processus évolutif étaie la position soutenue depuis longtemps par l’épistémologie génétique en montrant, par de nombreux exemples tirés de la psychologie génétique, que le développement cognitif n’est jamais linéaire, mais exige de façon générale, lors de l’accession à un niveau quelconque, la reconstruction de ce qui a été acquis aux niveaux précédents. Il s’agit d’une réorganisation des connaissances à la lumière des informations nouvellement obtenues, et d’une réinterprétation des concepts de base.
Ce qui est remarquable dans cette succession intra-, inter- et trans- est la coexistence de trois propriétés fondamentales. La première est qu’on la retrouve dans toutes les disciplines (avec des vitesses différentes de formation ou de circonstances historiques selon la complexité des domaines à explorer) avec la même régularité de succession, comme on le verra chapitre après chapitre dans cet ouvrage. Le second aspect frappant de ce processus est qu’il n’est pas spécifique à la pensée scientifique mais que, dans les études de la psychogenèse des notions au cours du développement cognitif des enfants, on retrouve le même ordre de succession et en fonction des mêmes mécanismes (cf. le chapitre suivant). En troisième lieu, chaque étape répète en ses propres phases le processus total.
Ce dernier point exige une explication plus détaillée, et nous renvoyons le lecteur aux chapitres sur l’algèbre. Là aussi nous allons analyser la profonde signification épistémologique que nous attribuons à ces trois étapes, mettant en évidence le rôle qu’elles jouent dans le développement du système cognitif à tous les niveaux.