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Écologie numérique : Entretien avec Pierre et Louis Legendre

Ensemble, les frères Legendre ont contribué à développer l’écologie numérique, un nouveau concept qui introduit dans les sciences de l’environnement une armature mathématique semblable à celle des autres sciences. Archive de 1986.

Frère Legendre[Propos recueillis par Gilles Provost, et publiés dans la version imprimée du présent magazine septembre-octobre 1986]

 

Quand je me suis présenté chez Pierre Legendre  pour l’interviewer en compagnie de son frère, le matin du 27 mai, je savais déjà que je devais faire vite : ils prenaient tous deux l’avion le même jour pour la France où ils devaient animer conjointement un atelier de l’OTAN sur leur spécialité commune, l’écologie numérique. Pendant ce gros remue-méninges d’une semaine, plusieurs mathématiciens allaient présenter leurs dernières découvertes à six groupes d’écologistes et examiner avec eux comment ces nouveaux outils théoriques pourraient faciliter l’analyse des données environnementales.

Pour gagner du temps, je me remémorais donc les repères dont je disposais. D’un côté, Louis Legendre : 41 ans, océanographe et professeur à l’Université Laval. Depuis 1981, il est directeur scientifique du GIROQ (le Groupe interuniversitaire de recherche océanographique du Québec). Sa spécialité, c’est l’analyse du comportement des masses d’eau dans le golfe du Saint-Laurent et de leur impact sur la productivité biologique.

De l’autre côté, Pierre Legendre : 40 ans, biologiste, professeur à l’Université de Montréal. Il a été pendant plusieurs années directeur de recherche au Centre de recherche en sciences de l’environnement de l’Université du Québec à Montréal. Il s’intéresse surtout à une théorie générale des écosystèmes qui met l’accent sur les regroupements de populations dans l’espace et dans le temps. Il étudie notamment la stabilité de ces agglomérations et la dynamique très particulière de leurs interfaces.

De surcroît, je savais que les deux frères Legendre partageaient la même ferveur pour les mathématiques. Avec Mme Pielou de l’Université Queen’s et MM. Orloci et Green, de l’Université Western Ontario, ils ont été les pionniers d’une nouvelle discipline scientifique : l’écologie numérique (titre d’un ouvrage qu’ils ont rédigé ensemble).

À peine avais-je pénétré dans la maison de Pierre, à Outremont, que je flairai un vent de panique! Pierre Legendre venait tout juste de constater que son passeport était échu!

Impossible de prendre l’avion dans ces conditions. L’atelier de l’OTAN, qu’il avait en partie organisé, risquait fort de battre de l’aile. Appels frénétiques au bureau des passeports, recherche d’un photographe, négociations pour bénéficier d’une procédure d’émission accélérée... Manifestement, l’entrevue promise à INTERFACE était maintenant descendue bien bas dans son échelle de priorités! Tout essoufflé, il me suggère de commencer l’entrevue avec Louis. Il viendra nous rejoindre quand il pourra, une fois son passeport en main.

L’outil mathématique n’est plus une technique secondaire qu’on peut laisser au statisticien.

J’ai d’abord cherché à savoir avec plus de précision ce qu’est l’écologie numérique. Est-ce vraiment différent de la biostatistique traditionnelle? « Avec l’écologie numérique, les sciences de l’environnement se sont donné une armature mathématique et conceptuelle semblable à celle des autres sciences, explique Louis Legendre. Dans cette perspective nouvelle, l’outil mathématique n’est plus une technique secondaire qu’on peut laisser au statisticien; il fait partie intégrante des théories et des hypothèses à tester. »

Et pour que les mathématiques servent vraiment l’écologie, il a fallu puiser à d’innombrables disciplines et fondre le tout dans une synthèse nouvelle. « Pour étudier le Saint-Laurent, par exemple, l’écologiste doit mesurer de nombreux paramètres à plusieurs sites d’échantillonnage et à diverses profondeurs. De plus, il doit suivre leur évolution dans le temps. Cela représente une quantité invraisemblable de données, entre lesquelles il est très difficile de dégager des liens de causalité. On ne peut isoler les variables comme dans un laboratoire! Pour s’y retrouver, l’écologiste doit bien maîtriser les subtilités du calcul matriciel.

« Les statistiques traditionnelles s’appliquent très mal à l’écologie, poursuit Louis Legendre, parce qu’elles supposent que toutes les données sont à la fois précises et indépendantes. Or, il est évident que les mesures prises en un endroit sur un plan d’eau ne sont pas indépendantes des mesures voisines. Quant aux chiffres fournis par les instruments, ils ne sont souvent qu’une approximation du phénomène réel qu’on tente de mesurer.

« Autre exemple : chaque année, les variations climatiques entraînent une succession cyclique des divers groupes d’organismes présents dans les lacs du Québec. On se retrouve avec des écosystèmes différents et complexes se succédant les uns aux autres. Comme les transitions sont progressives, où établir la coupure entre eux pour les étudier? Les statistiques traditionnelles sont inapplicables à un problème de ce genre et il nous a fallu avoir recours aux toutes dernières découvertes mathématiques pour résoudre le problème. L’écologie numérique va donc chercher ses outils dans toutes sortes de théories mathématiques : les fractales (pour décrire les frontières entre les milieux), la théorie des catastrophes, les ensembles flous, les théories de l’information, les théories de classification, etc. »

Finalement, l’écologie numérique représente un défi à la fois pour le mathématicien et pour l’écologiste. Elle exige une expertise simultanée dans ces deux disciplines. « Si on veut faire œuvre utile, précise Louis Legendre, il faut bien maîtriser les théories tant en mathématiques qu’en écologie; il faut connaître leurs forces et leurs limites. »

Jusque-là, la conversation était donc demeurée plutôt technique. Cela a commencé à changer quand je l’ai interrogé sur la réaction de la communauté écologique québécoise à leurs travaux. La première réponse fut diplomatique « Certains utilisent nos méthodes; d’autres s’en passent complètement. Cela dépend de leur formation. Les jeunes apprennent maintenant ces techniques à l’université et cela leur semble tout naturel. Quant aux plus vieux, ils préfèrent les éviter, surtout s’ils ont peu de mathématiques. » Puis, l’océanographe s’est carrément jeté à l’eau : « Cela soulève une question beaucoup plus fondamentale, c’est-à-dire comment on travaille en recherche. Pourquoi sommes-nous si peu compétitifs pour obtenir des fonds de recherche?

Trop souvent, les chercheurs québécois sont assis sur des mines d’or qu’ils ne savent pas exploiter.

« Pendant longtemps, au Québec, nos chercheurs ont consacré l’essentiel de leur temps et de leurs efforts à l’échantillonnage. Ils ont été obnubilés par la collecte des données en laboratoire (pour la physique ou la chimie) ou sur le terrain. Oubliant que la recherche est d’abord une activité intellectuelle, ils ont consacré bien peu de temps à la réflexion préalable et à la réflexion ultérieure sur les données qu’ils recueillaient. Tout cela aboutit à des publications de second ordre, au rang des données brutes, et qui ne vont pas loin dans l’approfondissement théorique. »

« En quoi le pH ou le taux d’azote d’un lac québécois pourrait-il intéresser les chercheurs japonais ou australiens? Cela n’intéresse même pas les Québécois! Celui qui veut être publié dans des revues prestigieuses (et qui veut surtout être lu) doit donc avoir des choses plus générales à dire. Il doit formuler ses hypothèses de départ dans un cadre plus théorique, de façon à apporter une contribution réelle à la science universelle. »

« ll doit aussi savoir analyser ses données. Trop souvent, les chercheurs québécois sont assis sur des mines d’or qu’ils ne savent pas exploiter, faute d’une technique mathématique adéquate. »

« Au Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie, à Ottawa, ceux qui reçoivent beaucoup d’argent sont ceux qui font l’effort de bien analyser leurs données dans un contexte général, susceptible d’intéresser les étrangers. Ceux-là sont lus, cités et connus. Malheureusement, il y a trop peu de Québécois de ce calibre. C’est pour ça qu’on ne va pas chercher l’argent qui correspond à notre importance démographique. Mais l’argent est quand même là, disponible! »

Selon Louis Legendre, les Québécois ne veulent pas voir la réalité en face et préfèrent s’étourdir avec un incroyable verbiage. « À entendre parler le personnel de nos universités, on a l’impression que presque tous nos professeurs ont une "réputation internationale". Ça en devient ridicule! La vraie reconnaissance internationale, c’est quand les Japonais et les Australiens sont capables de décrire tes travaux. C’est d’être invité à des colloques fermés et à de petits groupes de travail sélects. Bien peu de chercheurs québécois sont dans cette situation! »

L’hiver n’est absolument pas la période figée et inactive qu’on croyait.

Bien sûr, Louis Legendre reconnaît que toute recherche écologique a normalement un intérêt local. Mais il croit qu’une approche théorique permet souvent de mieux mettre en valeur les spécificités du milieu étudié. Paradoxalement, cela multiplie les retombées pratiques de la recherche : « Prenez, par exemple, l’étude que le GIROQ vient tout juste de terminer à la baie d’Hudson... Nous voulions nous attacher au couvert de glace pour établir un modèle de la productivité biologique des mers glacées. (C’est un sujet qui n’avait jamais été étudié sérieusement.) Nous avons découvert que l’hiver n’est absolument pas la période figée et inactive qu’on croyait. Au contraire, dès que l’éclairage devient suffisant, il se développe sous la glace une quantité phénoménale d’algues microscopiques. La production de matière végétale est alors tout à fait démente. Elle dépasse tout ce qu’on constate pendant l’été! Finalement, c’est le moteur même de tout l’écosystème : les larves de poissons anadromes en dépendent et cela va jusqu’aux phoques et aux Inuit. Somme toute, il s’agit de "la" clé la plus importante de l’écosystème nordique et nous l’avons découverte grâce à une approche très théorique. » Louis Legendre admet que son approche n’est pas très prisée des fonctionnaires apparemment obnubilés par les applications à tout prix et désintéressés de l’avancement véritable de la science. « Je ne suis pas contre le virage technologique, observe-t-il, mais il faut bien remarquer que c’est le "virage d’hier". Il est fondé sur de la recherche fondamentale effectuée il y a déjà dix ou quinze ans dans les pays que nous tentons maintenant de rattraper. Le plus important, c’est de poursuivre nous aussi une recherche fondamentale de haut calibre pour participer de plain-pied au prochain virage technologique, celui qui sera fondé sur des principes qu’on va bientôt découvrir. »

Nous en étions là dans la discussion lorsqu’est arrivé Pierre Legendre, triomphant, son passeport à la main. « Des fois, dit-il en riant, c’est pratique de travailler pour un organisme comme l’OTAN! ». À peine avons-nous résumé à son intention les grandes lignes de la conversation qu’il plonge à son tour dans la bagarre : « Avez-vous parlé des professeurs d’université qui ne font rien? » Et sans attendre de réponse, le voilà parti : « C’est un problème extrêmement grave. Je veux parler des collègues qui consacrent leur année sabbatique à construire un chalet plutôt qu’à faire de la recherche. Je veux parler des professeurs accaparés par l’enseignement de premier cycle, insensibles au plaisir de la vraie stimulation intellectuelle et qui occupent les postes permanents dont auraient besoin les jeunes tigres avides de vraie recherche. C’est une catastrophe courante dans nos universités, à des degrés divers. »

À McGill, Toronto ou MacMaster, les nouveaux professeurs sont d’abord choisis en fonction de la recherche.

« C’est une question de mentalité, de renchérir son frère. Je suis toujours frappé de voir à quel point l’atmosphère est différente à McGill... Pourtant, il s’agit d’une université qui vit dans le même contexte économique que nous... On peut presque dire qu’elle nous sert de secteur-témoin! À McGill, Toronto ou MacMaster, les nouveaux professeurs sont d’abord choisis en fonction de la recherche. Dans les universités francophones, au contraire, la charge de travail est souvent définie en fonction de l’enseignement et la recherche est laissée à la discrétion des professeurs. Ils font cela pendant leur temps libre. Et le bon chercheur n’est pas valorisé! La récompense suprême est d’obtenir un poste administratif : doyen, vice-doyen ou recteur. À McGill, au contraire, il est fréquent que des administrateurs restent actifs en recherche, et leur institution leur donne les moyens de le faire. Plusieurs ont un laboratoire actif, des associés et des subventions. J’ai un collègue doyen que je rejoins beaucoup plus facilement à son laboratoire qu’à son bureau...»

C’est comme ça dans toutes les universités célèbres : Princeton, Harvard, Yale, Berkeley. Ce n’est pas d’abord parce que l’on y déploie des prodiges de pédagogie que les étudiants se pressent aux portes de ces universités! Non, elles sont célèbres parce que la recherche y est fantastique et qu’on y côtoie ceux qui font reculer les frontières du savoir. Les étudiants qui y préparent une thèse savent qu’ils seront à la fine pointe de leur discipline. »

« Ici, au Québec, poursuit Louis Legendre, nos activités sont coupables d’une grande faute collective : elles permettent à n’importe qui de diriger des thèses. Parfois, je suis horrifié de constater que certains collègues dirigent des thèses! Comment peuvent-ils montrer aux autres ce qu’ils ne savent pas faire eux-mêmes? Leurs étudiants s’en trouvent pénalisés. Ils n’ont aucun moyen de savoir qui sont les bons chercheurs puisque les universités ne se sont donné aucune procédure sérieuse de qualification aux 2e et 3e cycles. Voilà une grande faute du système universitaire québécois. »

À ce point de notre conversation, je leur ai fait remarquer qu’ils ne mettaient guère de nuances dans leurs critiques, par exemple, quand ils parlent de « bois mort » dans le corps professoral et de professeurs « qui ne font rien ». Loin de les ralentir, ma remarque les a relancés de plus belle : « Critiques? Oui, nous le sommes, rétorque Pierre Legendre. Il vaut bien mieux que des critiques de ce genre viennent de l’intérieur des universités que de l’extérieur! Quand je dis que beaucoup de professeurs ne font rien, je ne veux pas dire qu’ils sont inactifs. Ils enseignent; ils travaillent dans leur labo... pour n’aboutir à rien. C’est une illusion d’activité. La seule raison d’être du chercheur, c’est de faire progresser le savoir. Il lui faut donc communiquer ses résultats! »

« Une recherche ne prend réellement son existence qu’au moment où elle aboutit à une publication scientifique, sous une forme ou sous une autre. Sans cela, elle n’existe pas. (À cet égard, je suis très existentialiste!) Bien plus, une publication n’existe pas tant qu’elle n’est pas lue et citée. Voilà la preuve qu’on s’y intéresse et qu’elle a une qualité suffisante. »

Ici, il faut reconnaître qu’il y a bien des façons d’améliorer son "taux de citations", et chacun a son public. Celui des frères Legendre semble plutôt francophone et ils ont trouvé une technique originale pour élargir leur audience : ils ont à leur service un informaticien à plein temps chargé de transposer leurs instruments mathématiques en logiciels spécialisés qu’ils mettent gracieusement à la disposition des autres chercheurs. Ainsi, même ceux qui ne sont pas trop bons en mathématiques peuvent s’y retrouver... et ils vont citer les auteurs des théories qui sous-tendent leurs logiciels.

Apprendre à publier fait partie de la formation.

« Cette dimension de communication est beaucoup trop négligée dans les thèses, souligne Louis Legendre. La plupart des chercheurs pensent que la formation se termine lors du dépôt de la thèse. Mais il faut aussi qu’elle soit publiée! Moi, je n’accepte pas une thèse qui n’est pas sous forme de publication. Chaque chapitre doit être un article publié ou en voie de publication. Apprendre à publier dans des revues sérieuses, avec jury, fait partie de la formation. »

« D’ailleurs, il faut aussi montrer aux étudiants comment réagir aux critiques des jurys. Vous n’imaginez pas à quel point l’arbitrage est rigide et virulent... L’étudiant qui se fait dire que sa méthode est incompréhensible, qu’il n’a pas d’hypothèses, qu’il ne sait manifestement pas de quoi il parle ou qu’il devrait retourner à son ordinateur pour corriger ses statistiques, etc., cet étudiant-là risque fort d’être humilié et découragé à tout jamais! Il faut le préparer, lui montrer comment réagir et ne pas trop prendre cela au tragique. Souvent, il suffit d’une correction mineure pour que son travail devienne présentable, une semaine plus tard! »

Et Pierre de renchérir : « Nous-mêmes, nous avons souvent essuyé des critiques de ce genre. En général, d’ailleurs, ce furent nos papiers les plus importants qui ont eu à traverser le pire barrage. Pour notre article majeur, il nous a fallu deux ans et demi! Nous sommes revenus à la charge quatre fois. Mais, à la fin, notre texte était bien meilleur et beaucoup plus convaincant. »

Comment les frères Legendre ont-ils été amenés à travailler ensemble et à s’intéresser aux mêmes sujets? Après tout, ce n’est pas si fréquent, en science, que deux frères s’illustrent dans la même discipline et qu’ils donnent conjointement une même conférence! « Nous ne travaillons pas tellement ensemble, répondent-ils à l’unisson. Nous partageons seulement 10 à 15 p. cent de notre recherche. Pour le reste, chacun a ses activités propres. D’ailleurs, nous avons fait nos études chacun de notre côté, l’un (Louis), à Dalhousie, et l’autre (Pierre), au Colorado. Même que nous nous étions perdus de vue! L’un étudiait en biologie et l’autre en océanographie... Puis, brusquement, nous avons été invités l’un et l’autre à présenter nos recherches à un même congrès dans le midi de la France, à Villefranche-sur-Mer. Nous y avons découvert à quel point nos approches étaient semblables. C’est le hasard qui nous a réunis. Le soir même, nous jetions sur papier le plan du livre que nous allions écrire ensemble sur l’écologie numérique. Nous avons d’ailleurs chacun nos spécialités. Nous serions incapables d’échanger nos chapitres respectifs. »

Quant à leur passion commune pour la recherche et le maniement des idées et des théories, tous deux l’attribuent à leur père, Vianney Legendre, chimiste, biologiste et ichtyologue de profession. (D’ailleurs, Pierre et son père ont récemment publié ensemble, dans le Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, un article sur la dispersion post-glaciaire des poissons d’eau douce au Québec.)

« Chaque soir, raconte-t-il, le repas familial était pour mon père l’occasion de nous donner un cours sur toutes sortes de sujets. Géographie, astronomie, histoire, linguistique, tout y passait... à l’exception de la biologie. Nous n’avons jamais su son plan de cours, mais il en avait sûrement un puisque les sujets changeaient chaque jour et que ses propos montraient une progression. Cela nous a aidés à ne pas avoir peur des concepts abstraits, au collège, contrairement à beaucoup d’autres jeunes qui sont rebutés par les mathématiques et la physique. »

Pierre et Louis Legendre insistent aussi sur la qualité de leurs professeurs de mathématiques et de sciences pendant leur cours classique, l’un au collège Saint-Viateur et l’autre au collège de Saint-Laurent. Malgré leur intérêt commun pour la biologie, tous deux préféraient les mathématiques et avaient choisi l’option "C" qui menait plutôt vers la physique et le génie. « Cela n’excluait pas pour autant l’humanisme, précise Louis. Ma matière la plus forte, c’était le grec. » « Et moi, renchérit Pierre, j’aimerais bien lire le latin dans le texte. Je me souviens d’avoir lu la description des diverses espèces animales d’Albert Le Grand, en latin. » Et c’est sur ces mots que s’est terminée l’entrevue, l’un de mes interlocuteurs ayant brusquement pensé à regarder sa montre...

Auteur(e)

Propos recueillis par Gilles Provost, 1986