L’utilisation de modèles animaux reste une pratique scientifique essentielle pour décrypter le vivant. En effet, même si les méthodes in vitro et /ou in silico (modèles informatiques) jouent un rôle important dans de nombreux projets de recherche, elles ne permettent pas, seules, d’appréhender et de comprendre toute la complexité d’un organisme vivant qui impliquent de nombreuses interactions cellules, tissus, et organes entre eux.  L’expérimentation animale permet d’évaluer la capacité des organismes vivants à répondre à des modifications de leur environnement par des mécanismes intégratifs. Elle est également un outil important de la recherche médicale moderne pour de nombreuses pathologies (maladies métaboliques, infectieuses, neurodégénératives, développement de vaccins et de médicaments) et pour le développement de nouvelles techniques chirurgicales (greffes, microchirurgie ou neurochirurgie). A ce jour, aucune alternative ne peut totalement se substituer à l’utilisation des animaux à des fins expérimentales qui reste une composante irremplacée de la biologie.

L’utilisation des animaux à des fins de recherche soulève cependant de nombreuses interrogations morales et anime des réflexions sur les questions éthiques entre la communauté scientifique et médicale et la société. Pour les activités de recherche, ces questionnements se sont traduits par la mise en place d’un cadre législatif et réglementaire au niveau européen et français qui fait l’objet de révisions régulières avec notamment une prise en considération croissante du bien-être de l’animal. La législation européenne et française concernant l'expérimentation animale découle de la Convention STE 123, élaborée par le Conseil de l'Europe en 1985, qui vise à réduire le nombre d’expériences et d’animaux utilisés à des fins scientifiques. Les recherches sur l’animal ne sont licites que si elles « revêtent un caractère de stricte nécessité ». Les chercheurs sont « résolus à limiter l'utilisation des animaux à des fins expérimentales (…) avec pour finalité de remplacer cette utilisation partout où cela est possible ». Elle encourage le développement des méthodes alternatives et le recours au modèle animal seulement en l’absence d’autres méthodes disponibles pour répondre à l’objet de l’étude. La directive européenne précise que les projets « utilisent le nombre minimal d'animaux pour obtenir des résultats fiables et exigent l'utilisation, parmi les espèces les moins susceptibles de ressentir de la douleur, de la souffrance, de l'angoisse ou de subir des dommages durables, de celles qui sont optimales pour l'extrapolation dans les espèces ciblées ». Les contraintes imposées aux animaux lors des expérimentations doivent aussi être réduites au maximum. : « lors du choix entre procédures, devraient être sélectionnées celles qui (...) causent le moins de dommages durables, de douleurs, de souffrances et d'angoisse et qui sont susceptibles de donner les résultats les plus satisfaisants ». La Charte Européenne du Chercheur définit aussi la responsabilité des chercheurs : « Les chercheurs doivent être conscients du fait qu’ils sont [....] également responsables, pour des motifs davantage éthiques, envers la société dans son ensemble. »

L’évaluation éthique des projets impliquant l'utilisation d'animaux dans des procédures expérimentales par les comités d’éthique en expérimentation animale est également devenue obligatoire depuis 2013. Le rôle du comité d’éthique est d’apprécier la compatibilité entre les protocoles expérimentaux proposés et les principes éthiques, afin d'aider l'expérimentateur dans sa démarche lorsque le recours à l'animal est incontournable. Le comité d’éthique veille à ce qu’aucune procédure impliquant des animaux ne soit menée s’il existe une méthode substitutive répondant au même objectif scientifique.

La règle des 3 R : remplacer, réduire, raffiner

Depuis son édiction en 1959 par W.M.S Russel et R.L. Burch, la règle des 3R constitue le fondement éthique de l’utilisation des animaux à des fins scientifiques. Elle est le socle de la réglementation en vigueur en Europe et en France.

Remplacer – L’objectif vise à utiliser d’autres modèles que le modèle animal, soit par un recours aux modèles in vitro (cellules, tissus, organoïdes) ou aux modèles numériques (banque de données, techniques haut débit Omics), soit par l’utilisation de modèles animaux jugés moins sensibles (invertébrés comme la drosophile ou le ver C. elegans…). Généralement, les méthodes alternatives restent complémentaires à l’utilisation du modèle animal et contribuent seulement pour partie à remplacer la totalité des études menées sur les animaux.

Réduire – L’objectif vise à diminuer le nombre d’animaux utilisés à des fins de recherche en limitant aux seules expériences absolument indispensables, en favorisant le partage de données scientifiques et le partage d’échantillons biologiques pour éviter toute répétition inutile d'études antérieures et en optimisant les études biostatistiques et le design expérimental pour l’obtention de résultats interprétables et statistiquement fiables

Raffiner – L’objectif vise à supprimer, minimiser ou soulager les contraintes, le stress et la douleur infligés aux animaux par une optimisation de l’expérimentation afin d’améliorer leur bien-être. Ceci passe par la mise en place de protocoles d’anesthésie et d’analgésie, une amélioration des conditions de transport, d'élevage et d'hébergement des animaux, l’utilisation de modalités d’exploration non invasives (imagerie, évaluation comportementale, télémétrie ..), la définition de points limites adaptés (ou critère d’arrêt anticipé) de  la procédure maîtrisant l’évaluation du bien-être des animaux.