Dossier : Images en lecture

Les images en immunologie

Faouzia Kalali, UMR STEF-INRP, ENS Cachan, maître de conférences en didactique des sciences

Une analyse de la controverse suscitée par les planches1 de Ehrlich et les implications pédagogiques.

Invité à Londres en 1900 par la Royal Society pour donner une lecture de ses travaux sur l'immunologie, Paul Ehrlich saisit l'occasion pour présenter un rapport détaillé prenant appui sur une série de planches2. La publication de ces dernières va alimenter une partie des débats à propos des recherches scientifiques sur le mécanisme des réactions immunitaires, en particulier le rôle des images3 dans l'explication des mécanismes de l'immunité face à la valeur accordée aux données empiriques.

L'immunologie : une histoire iconographique entre tension et médiation

Dès la fin du XVIIIe siècle, des observations empiriques ont montré la capacité de l'organisme à se trouver réfractaire vis-à-vis de la variole suite à l'inoculation de la vaccine (La Recherche, n° 301,1997). L'immunologie est née : il s'agit de l'immunisation que l'on provoque contre une vraie maladie, la variole, grâce à la vaccination par un agent voisin bénin, la vaccine (La Recherche, n°177, 1986). Un siècle plus tard, on rattache la réaction immunitaire à l'apparition dans le sang de substances spécifiques, les antitoxines. Bien que les mécanismes de l'immunité demeurent encore inconnus, les antitoxines sont un succès marketing qui connaît une grande rationalisation4 (Leibenau, 1990).

Ces substances vont recevoir différentes appellations et correspondent aux différents aspects observés, qu'ils soient macroscopiques ou microscopiques : précipitines, agglutinines, cytases, anticorps... Certaines substances ont des acceptions objectives, car elles renvoient à des observations empiriques. Néanmoins, elles cohabitent avec d'autres termes moins neutres, comme les " substances discrètes " ou " mythiques ", qui nient l'existence physique de tels phénomènes (Cambrosio et al., 1993). Même si le rapprochement entre biologie et chimie s'est fait un siècle plus tôt, des spéculations vitalistes subsistent.

Cartographie d'une controverse

Plusieurs chercheurs admettent que les antitoxines sont censées être constituées de deux composantes : d'une part une substance relativement thermostable appelée corps intermédiaire (Ehrlich), substance sensibilisatrice (Bordet), ou encore fixateur, préparateur ou copula ; et d'autre part, une substance thermolabile, appelée complément (Ehrlich), alexine (Bordet)... Derrière ces différentes appellations se cachent de grandes divergences théoriques. Parler de corps intermédiaire et de complément chez Ehrlich, c'est postuler l'existence de substances chimiques distinctes. Évoquer la substance sensitive chez Bordet, c'est se référer au modèle d'action le plus courant (absorption). La controverse entre ces deux scientifiques sera liée à ces différents fondements analytiques.

Ehrlich établit que les propriétés de la toxine et sa capacité à se combiner avec l'antitoxine dépendent de la présence de deux groupements différents :

  • groupement haptophore et stable responsable de la combinaison avec le récepteur ;
  • groupement toxophore responsable de l'effet toxique.

Pour accompagner ces explications, il propose plusieurs planches5 (figure 1). La valeur heurisitique de ses schématisations6 est indéniable. On avait constaté que l'efficacité des antisérums variait considérablement et posait des problèmes d'ordre thérapeutique. Pour rendre compte des autres propriétés des sérums comme l'agglutination et la cytolyse, Ehrlich propose l'existence de trois types de récepteurs (antitoxine, agglutination, cytolyse) , ponts entre le complément et la cellule... Les planches de Ehrlich utilisées pour appuyer la théorie des chaînes latérales vont donner de l'importance au terme anticorps et concurrencer d'autres travaux comme ceux de Bordet, notamment par leur valeur heuristique, grâce à l'évocation de la présence de groupements chimiques distincts.

Figure 1. Planche de Ehrlich, extraite de " Ehrlich's "Beautiful Pictures" and the Controversial Beginnings of Immunological Imagery ", ambrosio A., Jacobi D., Keating P., Isis n° 84 (1993), p. 662-699. dr.

Ces schématisations sont des développements théoriques que conteste vivement Bordet qui n'aligne pas les propriétés des sérums sur le mode de réactions chimiques. Il souligne qu'il faut y voir l'oeuvre de phénomènes physiques de type absorption. La substance à laquelle il se réfère, l'alexine, n'est nullement spécifique ; elle est sensibilisatrice. Le raisonnement de Bordet empunte à l'analogie de la coloration : l'alexine serait un fixateur, d'où la reversibilité des phénomènes et la variabilité des proportions que conteste Ehrlich. Mais Bordet, empiriste convaincu, préfère parler de réaction spécifique plutôt que de substance spécifique qu'il ne voit pas ! Il préfère parler d'antigène agglutiné plutôt que d'anticorps agglutinant (Cambrosio et al., 1993). Ehrlich (fig. 2), s'affranchit des limites qu'impose l'expérimentation in vivo et standardise des sérums basés sur des principes chimiques reproduits en éprouvettes, annonçant ainsi l'avènement de la chimiothérapie.

Figure 2. Cartographie de la controverse.

Schémas et apprentissages scolaires

Après ce rappel du contexte historique des travaux, nous allons questionner les images utilisées dans la production scientifique et celles à l'oeuvre dans les manuels scolaires. Ces derniers, par souci de concision et d'attractivité, réservent une place aux controverses et à l'histoire des sciences (La Recherche, n° 378, 2004). Nous allons pister les transformations ou réélaborations qu'exige la spécificité des situations d'apprentissage, pour comprendre quelle science les manuels scolaires proposent aux élèves.

Des notions clés

À propos du problème des transfusions sanguines, le programme des classes de 3e permet de traiter, avec les élèves, la physiologie humaine jusqu'au niveau cellulaire et même moléculaire (les complexes anticorps/antigènes). L'organigramme suivant montre les notions relatives au thème de l'immunité à médiation cellulaire et humorale7 (fig. 3) :

Figure 3. Champ notionnel de l'immunité (programme 3e)

L'étude des groupes sanguins permet de mettre en évidence les réponses immunitaires de l'organisme à base du complexe anticorps/antigènes. La classification du sang humain en quatre groupes (A, B, AB, O) résulte des réactions immunitaires dont sont le siège les antigènes du sang du donneur et les anticorps du sérum du receveur. Le modèle explicatif des groupes sanguins est le complexe antigènes/anticorps dont les réactions font penser à celles d'un autre complexe, le complexe substrat/enzyme. Ce processus résume donc l'histoire de l'immunologie : observation, données empiriques, modèles explicatifs.

Analyse contrastée de l'enseignement de l'immunologie à travers les manuels scolaires d'hier et aujourd'hui

On peut se référer au tableau ci-contre, qui présente le résultat de cette analyse8.

ÉditeurÉditionHistoire des sciences
Doutes et controverses dans le cours ou dans les TP (images et travaux)
Actualités scientifiques
Belin1980Forte référence à l'histoire des sciences :
  • Travaux de Landsteiner : texte de 18 lignes qui relate l'histoire des transfusions de 1665 à la date symbolique de 1901 (Découverte des groupes sanguins par Landsteiner sur des bases classificatoires)
  • Travaux de Ehrlich à peine relatés sur les liens antigènes/anticorps : métaphore clé/serrure
  • Planche historique de 1651 : scène de transfusion sanguine
Pas de controverses
Dossier biomagazine : découvertes actuelles sur le thème
Nathan1980Rérérence à l'histoire des sciences :
  • Planches de Ehrlich en lien avec des tests réels d'agglutination
Pas de controverses
Peu présentes
Technique et vulgarisation1980Forte référence à l'histoire des sciences :
  • Travaux de Landsteiner : découverte des groupes sanguins par Landsteiner sur des bases classificatoires
  • Travaux de Pasteur
  • Modèle moléculaire de Ehrlich
Pas de controverses
Peu présentes
Hatier1999
Programme en cours 2008
Pas de référence explicite à l'histoire des sciences :
  • La schématisation des anticorps hérissés au contact des antigènes rappellent les schémas de Ehrlich.
    Elle est présentée comme un bilan à retenir plutôt qu'un outil heuristique.
Référence à des travaux historiques (Landsteiner et Berhing), intégrée au volet santé et société

Les images en immunologie dans les manuels anciens remplissent une fonction de médiation plus qu'une fonction heuristique. Elles servent d'emblée de modèle moléculaire explicatif, ou elles présentent un scénario historique pour accroche, même si elles accompagnent souvent la formulation de problèmes scientifiques. La référence à l'histoire de l'immunologie devrait permettre de pointer les hésitations historiques et de participer ainsi à la construction progressive du savoir par l'élève. Cependant, elle reste souvent expositive. Trois types de représentations visuelles sont souvent utilisés de manière expositive et " linéaire " (fig. 4a, b et c).

Figure 4a. Test d'agglutination. Les granulations visibles sur certaines préparations indiquent l'incompatibilité. Extrait de Biologie humaine, géologie, 3e, Martin J., Noars P. et R., et al., dir. Escalier J., Nathan,1980, p.81. DR / Photo réalisée par la bibliothèque de l'INRP, Lyon.

Figure 4b. Les transfusions sanguines possibles (petites transfusions). Extrait de Sciences naturelles, 3e, Breton D., Dupont M., Freytet P. et al., éd. Technique et vulgarisation, Paris, 1980, p.111. DR.

Figure 4c. Test d'agglutination. Les granulations visibles sur certaines préparations indiquent l'incompatibilité. Extrait de Sciences naturelles, 3e, Breton D., Dupont M., Freytet P. et al., éd. Technique et vulgarisation, Paris,1980, p.111. DR/Photos des figures 4b et 4c réalisées par la bibliothèque de l'INRP, Lyon.

Ces représentations sont une simple transposition didactique de ce que l'on trouve dans les manuels de 1911 (fig. 5a, b, c). Elles reflètent trois niveaux d'explication et peuvent conduire à différents niveaux de formulation de la réaction immunologique. L'ensemble de ces niveaux est rarement présent dans un même manuel.

Figure 5a. Réactions hémolytiques. Extrait de Technique de diagnostic par la méthode de déviation du complément, Paul Félix Armand-Delille, Masson, 1911, Paris, p. 20. DR.

Figure 5b. Culture du vibrion du choléra normal et agglutiné. Extrait de Technique de diagnostic par la méthode de déviation du complément, Paul Felix Armand-Delille, Masson, 1911, Paris, p. 7-8. DR.

Figure 5c. Représentation du mécanisme invisible de la fixation du complément. Extrait de Technique de diagnostic par la méthode de déviation du complément, Paul Félix Armand-Delille, Masson,1911, Paris, p. 33. DR.

Le premier niveau est concret et réel. Il s'agit d'un niveau macroscopique, visible à l'oeil nu. Le second niveau, première représentation du réel, est un niveau cellulaire d'explication. Le troisième niveau est une seconde représentation du réel et correspond à un niveau d'explication moléculaire (anticorps/antigènes). Pourtant, aucun des manuels analysés n'utilise ces trois types de représentations ensemble, dans une visée d'explication évolutive des mécanismes des réactions immunitaires.

La prise en charge par les programmes actuels du traitement de certaines maladies emblématiques comme le SIDA ouvre sur une perspective sociale (liens science/société). Le traitement de l'immunité s'en trouve modifié. Il s'insère entre deux grands thèmes : l'étude des microbes et les rapports avec la santé et la société. L'organisation actuelle des chapitres en activités conduit à un découpage de la démarche d'ensemble.

Les images et les graphiques utilisés servent plus à répondre aux questions posées qu'à reconstituer l'histoire de la découverte et de l'explication du mécanisme de l'immunologie. Les mécanismes d'immunologie (schématisation des anticorps hérissés au contact des antigènes, (figure 6) sont présentés comme un bilan à retenir. La référence à des travaux historiques (Landsteiner et Berhing) est intégrée au volet santé et société. Ces travaux remplissent un statut de témoignage.

Figure 6. Schéma des réactions immunitaires, extrait de Sciences de la vie et de la Terre, 3e, Bridier C., Clisson G., Hyon A. et al., dir. Le Bellégard M., Hatier, Paris,1999, p. 84-85. dr / Photo réalisée par la bibliothèque de l'INRP, Lyon.

En conclusion, les images, dans le cas de l'étude de l'immunologie, sont nécessaires au travail de l'élève. Cependant, les manuels anciens mettent plus l'accent sur leur fonction médiatrice. Les manuels actuels, en mettant l'accent sur leur fonction d'outil d'investigation, détournent un peu leur fonction heuristique qui devient une donnée. Ainsi, une conciliation des deux fonctions (médiation, heuristique) des images nous apparaît nécessaire si l'on souhaite cerner, dans une perspective didactique, les conditions d'émergence et les mécanismes mis en jeu dans l'enseignement de l'immunité. Il est nécessaire de redonner une place effective aux images afin de solliciter leur composante médiatrice en lien avec un texte pour clarifier le discours, et leur composante heuristique, dans leurs contenus et le statut qui leur est accordé au sein d'une démarche d'investigation. Cette icônolatrie, selon les termes de Latour (1985), permet une pensée rigoureuse.

Bibliographie

  • Cambrosio A., Jacobi D., Keating P., " Ehrlich's " beautiful pictures " and the controversial beginning of immunological imagery ", in Isis, n° 84,1993, p. 662-699.
  • Dagognet F., Écriture et iconographie. Problèmes et controverses, Vrin,1973.
  • Ehrlich P., " Modes de production et mécanismes d'action des antitoxines ", in La semaine médicale, vol. 19, 6 décembre,1899, p. 411-412.
  • Kalali F., Étude et analyse des stratégies de motivation dans l'enseignement et la vulgarisation de la biologie, Thèse de doctorat de 3e sycle, université Paris Denis-Diderot,1997, 266 pages.
  • Latour B., " Les "vues" de l'esprit ", in Culture Technique, n° 14,1985, p. 5-29.
  • Liebenau J., " Paul Ehrlich as a commercial scientist and research administrator ", in Medical history, n° 34,1990, p. 65-78.
  • La Recherche, n° 301,1997, dossier " Le système immunitaire ".
  • La Recherche, n° 177 ,1986. dossier " Les défenses du corps humain ".
  • La Recherche, n° 378, 2004, dossier " Sciences au lycée, que valent les manuels scolaires ? "
  • Site : www.pasteur.fr/infosci/conf/sb/metchnikoff_2008.

(1) L'intérêt historique de ces planches nous incite à les considérer comme ces figurations qui représentent une conquête et une gloire tant esthétique que scientifique (Dagognet, 1973).

(2) Les images actuelles, utilisées dans les manuels scolaires notamment de troisième concernant la complémentarité anticorps/antigènes, conservent la trace des planches de Ehrlich.

(3) La force de ces images réside dans le fait qu'elles matérialisent des anticorps que l'on n'a pas réussi à purifier au moment même où le prix Nobel a été accordé à Ehrlich en 1908. Elles remplissent une fonction purement théorique et hypothétique. En plus, leur fondement chimique leur confère un pouvoir heuristique que des physiologistes ont expérimenté un siècle plus tôt (Spallanzani, Lavoisier).

(4) Les antitoxines de la diphtérie et du tétanos découvertes par Behring imposent une régulation qui sera assurée par des physiciens !

(5) La planche présente deux séries de quatre dessins organisés en séquence. Sur la série de gauche, de haut en bas, on peut suivre la rencontre de l'antigène et de la chaîne latérale : l'antigène est différencié des autres par sa couleur foncée, il se fixe sur son site spécifique à la surface de la cellule, et sera rejoint par cinq autres individus de même nature qui se fixent également autour de l'anticorps. Ces événements conduisent la cellule à produire une multitude de sites spécifiques de cet antigène. La série de droite permet de détailler les événements précédents : les anticorps se détachent de la cellule et passent ainsi dans le sérum (Cambrosio et al., 1993).

(6) Dagognet (1973) souligne qu'un des moments fondateurs de la science expérimentale, celui par lequel elle nous rend maîtres de l'univers, est l'iconicité géométrale et abréviative, cette écriture qui transpose le monde, le projette et le renouvelle. Les schématisations de Ehrlich représentent ce moment fort dans l'histoire de l'immunologie.

(7) Les deux types d'immunité sont intimement liés et ont conduit en 1908 à un prix Nobel de physiologie et de médecine accordé conjointement à Metchnikoff (médiation cellulaire) et à Ehrlich (médiation humorale)[" Metchnikoff's legacy in 2008 ", Institut Pasteur].

(8) Pour une analyse plus détaillée de ces manuels (organisations scripto-spatiales, trames conceptuelles, stratégies de motivation...), on peut se référer à Kalali (1997).

Argos, n°46, page 20 (06/2010)
Argos - Les images en immunologie