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3 décembre 2013 2 03 /12 /décembre /2013 14:52

Notre époque charge le dioxyde de carbone, le CO2, d’une lourde malédiction. C’est l’ennemi numéro un de notre environnement, le coupable, clairement désigné, de "crime climatique".

Qui peut encore le nier ? Mais qui peut refuser de voir que la dangereuse augmentation du CO2 dans l’atmosphère est le résultat de l’emballement d’un monde industriel développé qui gaspille les ressources fossiles accumulées sur la planète au cours de millions d’années et les disperse sous forme d’objets inutiles et de polluants multiples.

Qui, dans ce contexte, se souvient encore que le CO2 est d’abord l’aliment des plantes nécessaires à notre alimentation et que celles-ci, de plus, libèrent, en échange de leur consommation de CO2, l’oxygène que nous respirons à plein poumons ?

L’histoire de la découverte du dioxyde de carbone et de son rôle dans le fonctionnement du vivant est une aventure à rebondissements qui mérite d’être contée.

Après Van Helmont, Hales, Joseph Black, Priestley : Charles Bonnet, Jan Ingenhousz, Jean Senebier. Trois savants qui ont éclairé l’alimentation et la respiration des plantes.


Charles Bonnet (1720-1793) et l’alimentation des plantes par leurs feuilles.

 

Charles Bonnet, né le 13 mars 1720 à Genève et mort le 20 mai 1793 dans la même ville est un naturaliste et philosophe suisse. On le connaît surtout pour ses études sur les insectes et sa description de la parthénogenèse chez le puceron.

En 1754 il publie ses "Recherches sur l’usage des feuilles dans les plantes".

 

S’inspirant des études de Stephen Hales, il souhaite étudier la nature des échanges dans les feuilles et en particulier la façon dont elles participent à l’absorption de l’eau. Les deux faces d’une feuille sont différentes, "la surface supérieure est ordinairement lisse et lustrée" observe-t-il, "la surface intérieure au contraire est pleine de petites aspérités ou garnies de poils courts", il imagine donc une série d’expériences à partir d’une hypothèse :

 

"Ces différences assez frappantes ont sans doute une fin. L’expérience démontre que la rosée s’élève de la terre. La surface inférieure des feuilles, aurait-elle été principalement destinée à pomper cette vapeur et à la transmettre dans l’intérieur de la plante ? "

 

Pour y répondre, il imagine d’observer le comportement de feuilles disposées à la surface de l’eau en alternant les faces en contact avec le liquide. Celui-ci est contenu dans le récipient qui lui semble le mieux adapté par la largeur de son col : un poudrier.

 

Il multipliera les expériences ainsi que la nature des feuilles : lilas, poirier, vigne, tremble, laurier, cerisier, prunier, marronnier d’inde, murier blanc, tilleul, peuplier, abricotier, noyer, noisetier, chêne…

 

Les résultats obtenus n’auraient pas laissé une trace impérissable si une observation fortuite n’avait modifié le programme initial. C’est maintenant la totalité de la feuille qu’il décide de plonger dans l’eau.

 

"Au commencement de l’été de 1747, j’introduisis dans des Poudriers pleins d’eau, des rameaux de vigne. Ces rameaux appartenaient au cep planté dans le milieu d’un jardin.

 

Dès que le soleil commença à échauffer l’eau des vases, je vis paraître sur les feuilles des rameaux, beaucoup de bulles semblables à de petites perles. J’en observais aussi, mais en moindre quantité, sur les pédicules et sur les tiges.

 

Le nombre et la grosseur de ces bulles augmentèrent à mesure que l’eau s’échauffa davantage. Les feuilles en devinrent même plus légères ; elles se rapprochèrent de la superficie de l’eau".

 

Au fur et à mesure de la journée, les bulles qui adhèrent fortement aux feuilles grossissent au point que le diamètre de certaines "égalait à peu près celui d’une lentille". Mais une surprise attend l’observateur :

 

"Toutes disparurent après le coucher du soleil. Elles reparurent le lendemain matin, lorsque cet Astre vint à darder ses rayons sur les poudriers".


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Expérience de Bonnet : feuille dans un poudrier plein d’eau.


Les bulles réapparaissent encore le jour suivant mais en moins grande quantité. Pourtant, remarque Charles Bonnet, la température a augmenté. Ce qui ne manque pas de l’étonner dans la mesure où il imagine que l’émission de bulles est liée à la température de l’eau. Sans doute n’avait-il pas remarqué que l’ensoleillement, comme on peut le penser, avait, quant à lui, diminué.

 

Que contiennent ces bulles ? Il n’imagine pas que cela puisse être autre chose que de l’air qui est encore, pour lui comme pour Stephen Hales, un élément indécomposable.

 

Quelle conclusion de ces observations ? Charles Bonnet sait que l’air se dissout dans l’eau et ceci d’autant plus que celle-ci est froide. Il sait, aussi, que de l’air entre dans les feuilles des plantes par leurs pores. Un échange entre les feuilles et l’eau aurait donc lieu. La chaleur ferait sortir l’air, des pores des feuilles, en trop grande quantité pour que l’eau puisse le dissoudre. Il se formerait donc des bulles retenues sur leur surface. Le froid produirait l’effet inverse.

 

Charles Bonnet n’aura pas vu le rôle réel du soleil ni su caractériser le gaz qui se dégage. Il aura quand même eu le mérite d’avoir su observer un phénomène que d’autres interpréteront avec plus de bonheur. Son nom et son dispositif expérimental ne seront pas oubliés.

 

Trente ans plus tard, un médecin et botaniste Britannique d’origine néerlandaise, Jan Ingenhousz (ou Ingen-Housz, 1730-1799), saura comprendre le rôle de la lumière solaire dans ce mécanisme.


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Jan Ingenhousz : le soleil rythme la vie des végétaux.

 

Jan Ingenhousz (ou Jan Ingen-Housz) est un médecin et botaniste britannique d’origine néerlandaise, né le 8 décembre 1730 et mort le 7 septembre 1799.

 

Le médecin Sir John Pringle (1707-1782) l’encourage à entreprendre des études de médecine. Il s’installe à Londres à l’invitation de Pringle, alors président de la Royal Society et médecin du roi. Ingenhousz fréquente alors de grands scientifiques comme Joseph Priestley (1733-1804) et Benjamin Franklin (1706-1790).

 

Il publie en 1779, à Londres ses "Expériences sur les Végétaux" avec comme sous-titre : "Spécialement sur la propriété qu’ils possèdent à un haut degré, soit d’améliorer l’air quand ils sont au soleil, soit de le corrompre la nuit, ou lorsqu’ils sont à l’ombre".

 

Il traduit lui-même, en français, l’ouvrage rédigé en anglais, car, dit-il dans son introduction, "ce fût la crainte seule qu’un traducteur ne saisît pas partout mes idées, qui me détermina à le traduire moi-même". Le livre en français est publié pour la première fois dans l’été 1780, puis plusieurs fois réédité, notamment en 1787. Il sera ultérieurement traduit en hollandais et allemand.

 

Le sous-titre est explicite. Il connait les travaux de Priestley, dont il fait un éloge prononcé. Il lui reconnaît le mérite d’avoir montré que les plantes pouvaient purifier l’air vicié dans lesquelles on les plaçait. Il revendique, par contre, celui d’avoir montré le rôle de la lumière solaire dans ce phénomène, ce que n’avait pas vu Priestley.

 

"Il n’existe aucun ouvrage publié avant le mien, dans lequel l’auteur ait déduit … en termes exprès, que les végétaux répandent de l’air déphlogistiqué alentour d’eux au soleil seulement ".

 

Une des raisons de son succès est le fait que son dispositif expérimental tranche avec celui de Charles Bonnet. Que peut-on prouver en faisant agir le soleil sur des plantes recouvertes d’eau, dit-il, vu qu’elles ne "sont pas couvertes d’eau dans l’état naturel" ?

 

Il est vrai que les conditions expérimentales guident l’observation. Placer les feuilles dans l’eau, le jour, au soleil, fait immédiatement apparaître un dégagement de bulles d’oxygène parfaitement visibles. Par contre, le dioxyde de carbone étant très soluble dans l’eau, aucune bulle de ce gaz n’apparaît quand il se dégage le jour ou la nuit.

 

Ingenhousz, quant à lui, s’inspire des montages expérimentaux de Priestley qui place une plante sous une cloche pleine d’air ou d’un autre gaz.

 

C’est, en effet, après avoir pris connaissance de ses expériences sur la respiration des plantes qu’il a lui-même engagé ce travail, "brûlant de suivre les traces de la Nature dans ses merveilleuses opérations, annoncées et mises dans un si beau jour par cet homme respectable".

 

"Lorsque je trouvais dans les ouvrages de ce génie inventeur, écrit-il, de ce célèbre physicien, le docteur Priestley, l’importante découverte que la végétation d’une plante devient plus vigoureuse dans un air putride, et incapable d’entretenir la vie d’un animal, et qu’une plante refermée dans un vase plein d’air devenu malsain par la flamme d’une chandelle, rend à nouveau à cet air sa pureté primitive, et la faculté d’entretenir la flamme, je fus saisi d’admiration".

 

Il reconnaît, surtout, à Priestley, la découverte de "ce fluide aérien merveilleux qui surpasse si fort en pureté et en salubrité (eu égard à l’usage de la respiration) le meilleur air atmosphérique".

 

Cet air (notre oxygène), dit-il, "mérite à juste titre le nom d’air vital". Il lui attribue cependant, comme Priestley, le nom d’air déphlogistiqué, c’est-à-dire d’air "destitué de ce principe inflammable dont le meilleur air de l’atmosphère se trouve plus ou moins mêlé, et par lequel l’air est d’autant plus nuisible, qu’il en contient davantage".

 

Il note, cependant qu’il a su aller plus loin que son célèbre confrère dans sa réflexion :

 

"En enfermant une plante pendant vingt-quatre heures sous une cloche remplie d’air métiphisé, il était facile à découvrir, par différents moyens connus depuis longtemps, si cet air était corrigé ou empiré ; mais il était impossible de distinguer si c’était simplement la lumière du jour ou l’obscurité de la nuit, ou la chaleur, ou la végétation, qui avait produit l’effet. Il fallait absolument examiner, pour décider la question, l’état de cet air après l’avoir enfermé avec une plante dans un endroit obscur, et le comparer avec un air semblable qui aurait été exposé au soleil avec une pareille plante".

 

Même s’il limite ainsi la portée de la découverte de Priestley, il lui reconnait d’avoir montré "que le règne végétal est subordonné au règne animal et que ces deux règnes se prêtent des secours mutuels ; de façon que les plantes contribuent à entretenir le degré de pureté nécessaire dans l’atmosphère, pendant que les exhalaisons des animaux, nuisibles à eux-mêmes, servent de nourriture aux plantes", leçon d’écologie avant l’heure.

 

Pourtant, Jan Ingenhousz va s’employer à détruire cette image de paradis terrestre.

 

La vie nocturne des plantes.

 

Les plantes ont un secret, nous dit-il : comme Pénélope, elles détruisent pendant la nuit ce qu’elles ont construit le jour !

 

Il a su le découvrir par plus de cinq cents expériences "toutes faites en moins de trois mois, depuis le commencement de juin jusqu’au commencement de septembre". C’est dire la frénésie qui avait saisi leur auteur !

 

Pour les réaliser, il s’est "soustrait au bruit de la capitale" en se retirant " dans un village à dix milles de Londres" et affirme ne pas l’avoir regretté en constatant que "ses veilles n’avaient pas été entièrement sans fruit".

 

Ses observations sont effectivement d’une telle richesse et ses conclusions si clairement exprimées qu’il nous semble utile d’en reproduire l’essentiel en nous contentant d’en souligner les points les plus remarquables.

 

Il souligne d’abord le rôle de la lumière solaire

 

"A peine, dit-il, fus-je engagé dans ces recherches, que la scène la plus intéressante s’ouvrit à mes yeux, j’observai :

 

- Que les plantes n’avaient pas seulement la faculté de corriger l’air impur dans l’espace de six jours ou plus, comme les expériences de M. Priestley semblent l’indiquer, mais qu’elles s’acquittent de ce devoir important dans peu d’heures, de la manière la plus complète.

 

- Que cette opération merveilleuse n’est aucunement due à la végétation, mais à l’influence de la lumière du soleil sur les plantes.

 

- Que les plantes possèdent en outre l’étonnante faculté de purifier l’air qu’elles contiennent dans leur substance, et qu’elles ont sans doute absorbé dans l’atmosphère, et de le changer en un air des plus purs, véritablement déphlogistiqué.

 

- Qu’elles versent une espèce de pluie abondante (s’il est permis de s’exprimer ainsi) de cet air vital et dépuré, qui, en se répandant dans la masse de l’atmosphère, contribue réellement à en entretenir la salubrité, et à la rendre plus capable d’entretenir la vie des animaux.

 

- Qu’il s’en faut beaucoup que cette opération soit continuelle, mais qu’elle commence seulement quelque temps après que le soleil s’est levé sur l’horizon, après qu’il a, par l’influence de sa lumière, éveillé les plantes engourdies pendant la nuit, et après qu’il les a préparées et rendues capables de reprendre leur opération salutaire sur l’air, et ainsi sur le règne animal : opération suspendue entièrement pendant l’obscurité de la nuit.

 

- Que cette opération des plantes est plus ou moins vigoureuse, en raison de la clarté du jour, et de la situation de la plante plus ou moins à portée de recevoir l’influence directe du soleil.

 

- Que toutes les parties de la plante ne s’occupent pas de cet ouvrage, mais seulement les feuilles, les tiges et les rameaux verts qui les supportent.

 

- Que les plantes âcres, puantes et même les vénéneuses s’acquittent de ce devoir comme celles qui répandent l’odeur la plus suave et qui sont les plus salutaires.

 

- Que les feuilles nouvelles et celles qui n’ont pas encore acquis tout leur accroissement, ne répandent pas autant d’air déphlogistiqué, ni d’aussi bonne qualité, que celles qui sont parvenues à leur grandeur naturelle, ou déjà vieillies.

- Que quelques plantes, surtout parmi les aquatiques, excellent dans cette opération."

 

Mais là où il rompt avec l’ensemble des observations déjà faites, c’est quand il révèle,

 

- "Que toutes en général corrompent l’air environnant pendant la nuit et même au milieu du jour dans l’ombre.

 

- Que toutes les fleurs exhalent constamment un air mortel et gâtent l’air environnant pendant le jour et pendant la nuit, à la lumière et à l’ombre et qu’elles répandent un poison réel et des plus terribles dans une masse considérable d’air où elles se trouvent enfermées.

 

- Que les fruits en général conservent cette influence pernicieuse en tous temps, surtout dans l’obscurité, et que cette qualité vénéneuse des fruits est si grande que quelques-uns uns, même des plus délicieux, tels que les pêches, peuvent, dans une seule nuit, rendre l’air tellement empoisonné, que nous serions en danger de périr, si nous couchions une seule nuit dans une petite chambre, dont la porte et les fenêtres seraient exactement fermées et où se trouverait une grande quantité de ce fruit".

 

Ingenhousz venait de découvrir une activité encore inconnue des plantes : la respiration.

 

Comme les animaux, jour et nuit, les plantes respirent.

 

En effet, le jour et la nuit, comme les animaux, les plantes respirent. Elles absorbent de l’oxygène et rejettent du dioxyde de carbone.

Pendant le jour le phénomène est masqué par l’autre fonction végétale, équivalente à l’alimentation dans le règne animal : la photosynthèse, consommatrice de dioxyde de carbone et source d’oxygène.

 

Pendant la nuit ou dans l’obscurité, seule la respiration agit, consommant de l’oxygène et produisant du dioxyde de carbone. Pour ce qui est des fleurs et des fruits, "même des plus délicieux" il est vrai que, comme l’observe Ingenhousz avec emphase, ne participant pas à la photosynthèse, ils respirent cependant et, jour et nuit, "exhalent constamment un air mortel".

 

On comprendra sans peine que cette idée de plantes transformant l’air en "poison" pendant la nuit ait été considérée comme révolutionnaire, voire provocatrice, quand elle a été proposée et que, comme toute observation nouvelle, elle ait trouvé de sévères détracteurs auxquels Ingenhousz s’emploie à répondre :

 

"Les choses en sont venues au point que, pendant qu’on convient unanimement de l’influence bénigne des végétaux sur notre élément (bénigne utilisé ici au sens ancien de : qui fait du bien), et leur faculté de corriger l’air gâté et d’améliorer l’air bon, sont dues à la seule lumière solaire, et non à la chaleur ou à la végétation (vérité qu’aucun Ecrivain n’avait avant moi enseignée publiquement), quelques-uns croient cependant encore avoir des motifs de passer sous un profond silence, l’autre partie de ma doctrine, l’influence méphitique des plantes sur l’air, comme si elle ne méritait pas leurs regards, tandis que quelques autres la condamnent comme un système des plus absurdes, comme une doctrine injurieuse aux sages et sublimes procédés de la nature.

 

Ceux-ci, en faisant profession de défendre le ciel outragé, crient à haute voix qu’une doctrine qui attribue aux plantes l’office de répandre le jour, un vrai pabulum vitae, dans l’atmosphère, et d’exhaler ensuite un vrai poison autour de nous pendant la nuit, est injurieuse au créateur, et répugne à la saine raison".

 

Invoquer le "créateur" ne suffit pas, faites à votre tour mes expériences leur déclare-t-il en forme de défi, car votre refus d’expérimenter pourrait faire soupçonner de votre part " quelque appréhension d’examiner de près le fondement de ma doctrine, de crainte d’y rencontrer des vérités qui ne pouvaient être que désagréables à ceux qui croyaient avoir des raisons particulières de souhaiter que l’influence nocturne des végétaux fût une erreur".

 

Par cette "révolution" dans la description de la respiration des plantes, par cette levée de boucliers qui a suivi son annonce, serait-il exagéré de voir dans Ingenhousz l’équivalent en biologie d’un Lavoisier dans le domaine de la chimie ?


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Senebier ou comment les plantes s’alimentent.

 

Jean Senebier (1742-1809) est bibliothécaire à Genève et particulièrement intéressé par les sciences, en particulier la biologie. Il connaît les travaux de Priestley, Bonnet et Ingenhousz sur la "respiration" des plantes et s’emploie lui-même à les reprendre et à les développer.

 

Il publie ses résultats dans des "Mémoires physico-chimiques sur l’influence de la lumière solaire pour modifier les êtres des trois règnes de la nature, et surtout ceux du règne végétal (1782)" suivis des "Recherches sur l’influence de la lumière pour métamorphoser l’air fixe en air pur par la végétation (1783)".

 

Il reprend le mode opératoire de son compatriote Charles Bonnet en plaçant les feuilles étudiées dans l’eau. Persuadé que la lumière solaire est, comme l’a proposé Newton, constituée de particules et que celles-ci sont absorbées par les plantes, il imagine une action physique de la lumière du soleil dans la production d’air pur par les feuilles (nous dirions aujourd’hui qu’elles absorbent l’énergie lumineuse sous forme de photons). D’où son conseil de situer les habitations dans "les lieux bien découverts, où le soleil peut porter sur toutes les feuilles des végétaux son heureuse influence, et leur faire répandre à flots cet air salutaire, qui fera circuler la santé et la vie dans nos poumons et dans nos veines" (1783).

 

Il est, par contre, l’un des adversaires les plus féroces de Ingenhousz, qui d’ailleurs, le lui rend bien, en ce qui concerne la vie nocturne des plantes. En effet, il refuse d’accepter deux mécanismes opposés cohabitant dans les feuilles. Impossible, dit-il, qu’elles puissent, à la fois, rejeter de l’air fixe et en absorber. S’il observe bien que des plantes maintenues immergées pendant un long moment dans l’obscurité semblent émettre des gaz nocifs, c’est, pense-t-il, parce qu’elles ont commencé à pourrir.

 

Ses recherches portent donc essentiellement sur le mécanisme diurne : l’absorption d’air fixe et l’émission d’air pur. Il constate, par exemple, que dans une eau saturée d’air fixe (de CO2), le dégagement de bulles d’air est plus abondant et que cet air est de l’air pur.

 

Dans la nature, pense-t-il, l’air fixe, notre dioxyde de carbone, serait produit par "le mélange de l’air pur avec les matières phlogistiquées" qui sont présentes dans l’atmosphère. Etant plus dense que l’air il se concentrerait dans les basses couches de l’atmosphère où il se dissoudrait dans l’humidité atmosphérique. C’est ainsi que l’air fixe passerait dans les feuilles et les racines des plantes qui recueilleraient cette humidité sous forme de pluie ou de rosée.

 

Quant à l’émission d’air pur, elle serait "le résultat de la conversion de l’air fixe, opéré par l’action de la végétation" qui séparerait le phlogistique de l’air fixe pour en alimenter la plante, et qui en chasserait l’air pur "comme un excrément inutile".

 

Même si le phlogistique vient encore obscurcir l’interprétation du mécanisme, Senebier comprend, et exprime de façon claire, le fait important :

 

le dioxyde de carbone (l’air fixe) est l’aliment de la plante.

 

Notons au passage que le fait de considérer l’air pur comme un excrément est une image à la fois juste et propre à marquer les esprits. L’air fixe s’en trouve réhabilité. Du statut de gaz mortel il acquiert celui d’élément nécessaire à la vie des plantes et par là-même à l’ensemble de la vie animale.

 

Même si Senebier, n’a pas noté la fonction essentielle de l’alternance jour/nuit dans le fonctionnement des feuilles, son apport est cité par Lavoisier au même titre que ceux de Priestley et Ingenhousz. Il est vrai que dans l’introduction à ses "Recherches" datée de 1783, il proposait une nouvelle orientation de la biologie à laquelle un chimiste ne pouvait être indifférent :

 

"Convient-il d’employer la chimie dans l’étude de la physique, de l’histoire naturelle, des secrets de la végétation ? ".

 

Telle est la question qu’il pose et tel est son plaidoyer :

 

"Il est évident que si les lois seules du mouvement pouvaient expliquer tous les phénomènes de la végétation, il serait inutile de chercher de nouveaux moyens pour les pénétrer. Mais si les excellents philosophes qui ont observé avec tant de dextérité et de génie les végétaux ; si les Grew, les Malpighi, les Duhamel, les Bonnet ont à peine fait connaître l’anatomie végétale ; s’ils ont si peu avancé la physiologie des plantes, en scrutant leurs fibres, en suivant leurs vaisseaux ; s’ils ont à peine connu les fluides qui les animent, on désespérera d’aller plus loin qu’eux, en employant leurs moyens, parce qu’ils en ont tiré tout le parti possible. Ce n’est donc qu’avec de nouvelles lunettes qu’on pouvait raisonnablement espérer un nouvel horizon, et peut-être de nouveaux passages à de nouvelles vérités".

 

Si on fait appel à la chimie, écrit-il, "cette science générale et universelle, qui recherche la nature des corps par des moyens qui leur soient appropriés, la question sera résolue, car la chimie de Scheele, de Bergman, de Lavoisier de Priestley est cette science sublime et chaque naturaliste sera charmé de savoir qu’il y a une telle science et de tels savants".

 

Faire appel à la chimie...

 

C’est ce que fera Lavoisier qui éclairera le processus chimique accompagnant la respiration des plantes et des animaux et qui, dans le même mouvement, inventera les mots de carbone, d’oxygène, d’oxyde carbonique...


 

pour aller plus loin voir :

 

Histoire du carbone et du CO2.

 

Un livre chez Vuibert.

 

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Dérèglement climatique, fonte des glaces, cyclones, sécheresses…


Coupable : le dioxyde de carbone.

 

Pourtant sans ce gaz il n’y aurait aucune trace de vie sur Terre.

 

L’auteur nous fait suivre la longue quête qui, depuis les philosophes de la Grèce antique jusqu’aux chimistes et biologistes du XVIIIe siècle, nous a appris l’importance du carbone et celle du CO2.

 

L’ouvrage décrit ensuite la naissance d’une chimie des essences végétales qui était déjà bien élaborée avant qu’elle ne s’applique au charbon et au pétrole.

 

Vient le temps de la « révolution industrielle ». La chimie en partage les succès mais aussi les excès.

 

Entre pénurie et pollutions, le « carbone fossile » se retrouve aujourd’hui au centre de nos préoccupations. De nombreux scientifiques tentent maintenant d’alerter l’opinion publique.
 

Seront-ils entendus ?

pour feuilleter


Voir aussi :

Une brève histoire du CO2. De Van Helmont à Lavoisier.

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Gérard Borvon - dans Chimie
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