Le blog d'histoire des sciences

Joseph Priestley, théologien, philosophe, homme politique britannique est aussi physicien, auteur d’une remarquable "Histoire de l’électricité". Il est également connu pour ses travaux en chimie et la place importante qu’il occupe dans la "chasse aux airs".

Deuxième fils du Duc de Devonshire, Henry Cavendish, reçoit, de son oncle, un riche héritage qui lui permet de constituer un laboratoire bien équipé qu’il utilise avec une rigueur peu commune parmi ses contemporains. ___________________________________________________________

matériel de laboratoire de Cavendish.

En 1766, il présente devant l’Association Royale de Londres une communication sur les airs factices.

Son exposé traite de l’air fixe tel que le définit Black, à savoir : "cette espèce particulière d’air factice qui est extrait des substances alcalines par dissolution dans les acides ou par calcination" (Philosophical Transactions, 1766, p141).

Si la description de l’air inflammable (notre hydrogène) constitue, par sa nouveauté, la partie la plus remarquable du travail de Cavendish, nous retiendrons qu’il multiplie également les expériences sur l’air fixe. Il l’obtient par l’action de l’esprit de sel (l’acide chlorhydrique) sur le marbre.

Il en étudie d’abord la solubilité dans l’eau. Elle est importante. Cette observation sera retenue quand il faudra, ensuite, expliquer la richesse de la vie aquatique. Il constate aussi, entre autres observations, que l’air fixe se dissout plus facilement dans l’eau froide. Une observation qui nous concerne dans cette époque présente où l’augmentation de la température des océans limite leur rôle de "pièges à carbone".

En utilisant une vessie animale, Cavendish mesure la densité de l’air fixe. Ayant constaté que l’air ordinaire est 800 fois moins dense que l’eau, il trouve que l’air fixe ne l’est que 511 fois moins. Il en déduit que l’air fixe a une densité de 1,56 par rapport à l’air ordinaire (à comparer à la valeur de 1,52 actuellement admise).

Le résultat mérite d’être noté, l’air fixe, plus dense que l’air se concentre donc dans les parties basses des enceintes où il est produit. Ceci explique l’asphyxie des ouvriers dans les fosses d’aisance ou des vignerons dans les cuves mal aérées, ou encore celle des animaux dans les grottes désignées comme "grotte du chien" : c’est au raz du sol que le gaz "méphitique" menace. Cette donnée intéresse également les expérimentateurs qui savent qu’ils peuvent conserver l’air fixe dans un flacon ouvert dont l’ouverture est dirigée vers le haut, disposition commode pour leurs expériences.

Toujours attaché à mesurer, Cavendish cherche à déterminer la quantité d’air fixe contenue dans le marbre. Le fort pourcentage de CO2 trouvé (40,7% de la masse) est proche de la valeur admise aujourd’hui.

Le marbre et la craie, décomposés par un acide, deviendront ainsi l’une des sources essentielles de la production d’air fixe.

C’est ce procédé qui sera utilisé par Priestley pour son étude de l’air fixe.

En mars 1772 il présente devant l’Académie Royale de Londres ses Observations sur différentes espèces d’air.

Cliquer sur l’image pour accéder au texte (voir page 292).

Habitant à proximité d’une brasserie, il multiplie d’abord les expériences sur l’air fixe, le gaz carbonique, qui se dégage de la fermentation du malt.

Cuve d’une brasserie (encyclopédie)

Constatant sa capacité à se dissoudre dans l’eau il met au point des méthodes de préparation d’eaux gazeuses qui, dit-il, peuvent rivaliser avec "l’eau naturelle de Pyrmont" qui est une eau minérale, importée d’Allemagne, très en vogue à cette époque. On pourra juger de cette popularité à la lecture d’un article publié dans la Revue médicale des grands hôpitaux de Paris en 1829 :

"On compte peu de bains en Europe qui aient obtenu autant de vogue et de célébrité. Il nous suffira de dire qu’en 1556 cette célébrité devint telle, qu’en moins d’un mois on fut obligé de dresser un camp pour recevoir plus de dix mille personnes, qui s’y rendirent de l’Allemagne, de l’Angleterre, de la France, du Danemark, de la Norvège, de la Suède, de l’Italie, de la Russie, de la Pologne ; et enfin cet établissement était si réputé par les vertus de ses eaux, de ses fêtes, ses bals, ses spectacles, etc., qu’avant la révolution une demoiselle de condition se réservait, presque toujours dans son contrat de mariage, d’être conduite, au moins une fois, aux bains de Pyrmont".

Pourquoi ne pas imaginer, comme le fait Priestley, qu’une "eau de Pyrmont" à bon marché, préparée à base de craie et d’acide sulfurique, pourrait avoir, elle-même, un avenir commercial ? C’est un industriel allemand, Johann Jacob Schweepe (1740-1821), qui en fera le pari et déposera, en 1783, un brevet pour une boisson médicinale utilisant le procédé de gazéification de Priestley et qui créera, à Londres, la fabrique d’une eau gazeuse diffusée plus tard sous la marque Schweepes. Pendant ce temps, une observation d’une tout autre portée va mobiliser Priestley.

Les plantes ne fonctionnent pas comme les animaux !

Il est connu que quand on enferme une bougie dans une enceinte pleine d’air, celle-ci fini par s’éteindre. De même un animal y meurt rapidement. Mais que se passe-t-il quand on y met une plante ? Va-t-elle dépérir à son tour ?

"On pourrait imaginer, écrit Priestley, que comme l’air commun est autant nécessaire à la vie végétale qu’à la vie animale, les plantes comme les animaux devraient être affectés de la même manière. J’avais moi-même cette intuition quand je mis pour la première fois un plan de menthe dans un flacon de verre renversé sur une cuve à eau. Mais quand il a continué à y pousser pendant quelques mois, je trouvai que l’air du flacon n’éteignait pas une chandelle et qu’il n’avait aucun effet négatif sur une souris que j’y avais mise."

Priestley mesure l’importance de l’observation.

"Je me flatte, écrit-il, d’avoir découvert accidentellement une méthode pour restaurer l’air qui a été pollué par la combustion des chandelles et d’avoir découvert un des remèdes que la nature emploie dans ce but. C’est la végétation.

Par quel procédé la nature agit-elle pour produire un effet aussi remarquable, je ne prétends pas l’avoir découvert, mais nombre de faits se déclarent en faveur de cette hypothèse".

Priestley s’emploie alors à multiplier les observations sur la croissance des plantes dans l’air confiné d’une enceinte de verre. Ayant constaté qu’une chandelle pouvait brûler dans l’air où avait poussé une plante, il imagine qu’une plante pourrait même rendre sa qualité à l’air où avait déjà brûlé une bougie.

Priestley note que l’expérience qu’il réalise pour répondre à cette question débute le 17 août 1771. Il place un plan de menthe dans une enceinte où une chandelle a brûlé jusqu’à s’éteindre et trouve que le 27 du même mois une autre chandelle qu’on y place y brûle parfaitement.

D’autres plants que ceux de menthe sont testés. Constat ? Ce n’est pas l’émanation odorante de la menthe qui purifie l’air, la preuve : les épinards semblent même être bien plus efficaces.

Ces premiers résultats sont communiqués à Franklin, avec qui Priestley est en correspondance régulière. Celui-ci en tire argument pour dénoncer la "rage" qui a gagné ses compatriotes et qui consiste à abattre les arbres qui se trouvent autour des habitations sous prétexte que leur voisinage serait malsain. Il est persuadé du contraire car les Américains, dit-il, vivent au milieu des bois et "personne dans le monde ne jouit d’une meilleure santé et n’est plus prolifique". La déforestation… déjà une affaire de santé publique.

Dans la même lettre, Franklin émettait l’hypothèse que, dans la réaction de purification de l’air, les plantes agissaient en retirant quelque chose de l’air vicié et non en y ajoutant quelque chose.

En retirer quelque chose ? On sait à présent que, effectivement, les plantes absorbent "quelque chose" : le dioxyde de carbone présent dans l’air. Mais pour Priestley et Franklin ce "quelque chose" ne pouvait être que le "phlogistique" libéré par la respiration animale ou par les putréfactions et qui avait pour effet d’empoisonner l’air. La théorie du "phlogistique", ce principe du feu contenu dans les corps combustibles, dominait alors dans l’esprit des chimistes.

Priestley et Franklin ne voient pas non-plus le fait le plus important : les plantes ajoutent également "quelque chose", dans l’air où elles poussent. Quelque chose d’essentiel à la vie : l’oxygène.

L’air fixe. Poison ou remède ?

Revenons sur les "observations sur les différentes espèces d’air", mémoire présenté par Priestley devant la Société Royale des Sciences en 1772.

Ayant su voir les propriétés des plantes pour purifier l’air vicié, il décide, à présent, de chercher d’autres procédés pour y parvenir. Disons le tout de suite, cet épisode nous montrera un savant prestigieux se laissant entraîner, par ses convictions, sur des voies hasardeuses.

Des souris font les frais de ses multiples essais. Non seulement il observe la façon et le temps qu’elles mettent à mourir dans un air confiné suivant qu’elles sont petites, grosses, jeunes ou vieilles, mais pour obtenir un air réellement putride, il les y laisse se décomposer pendant plusieurs jours après leur mort. Les animaux qu’il y introduit ensuite n’y vivent évidemment pas longtemps.

Il teste ensuite différentes façons de traiter l’air vicié renfermé dans l’enceinte et croit constater qu’en y introduisant de l’air fixe (rappelons à nouveau qu’il s’agit du dioxyde de carbone) la putréfaction semble arrêtée et, plus surprenant, Priestley va même jusqu’à considérer que la qualité de l’air s’est améliorée.

Très pratique, et persuadé d’avoir fait une nouvelle découverte utile à l’humanité, il en propose une première application à grande échelle : "si l’air fixe tend à corriger l’air qui a été pollué par la putréfaction ou la respiration d’un animal, les fours à chaux, qui libèrent de grandes quantités d’air fixe, seraient sains dans le voisinage des cités populeuses dont l’atmosphère est riche en effluves putrides".

Combattre le mal par le mal, neutraliser les effluves putrides des villes par les exhalaisons méphitiques des fours à chaux, voilà une proposition qui aurait manifestement mérité l’application d’un "principe de précaution" !

Notons que cette indulgence vis-à-vis du gaz carbonique n’était sans doute pas étrangère au fait que c’est en utilisant ce gaz qu’il avait proposé de fabriquer une "eau de Pyrmont" artificielle, cette eau minérale dont personne ne mettait en doute les propriétés médicinales. Il s’adresse donc aux médecins pour leur proposer des traitements à base d’air fixe.

"Je serais amené à penser aussi, dit-il, que les médecins pourraient profiter de l’utilisation de l’air fixe dans plusieurs maladies putrides, dans la mesure où on pourrait facilement l’administrer sous forme de clystère". Rappelons qu’un "clystère" est un "lavement intestinal" et que le traitement consisterait ici à insuffler un gaz au lieu du liquide habituellement administré dans ce genre d’intervention. Mais, prévient Priestley, par ce moyen il n’y aurait pas à craindre de gonflement des intestins dans la mesure où cet air fixe est "immédiatement absorbé par n’importe quel fluide ou quelle substance humide".

Il se pourrait aussi, pense-t-il, qu’il puisse être absorbé par les pores de la peau. Sans doute se souvient-il de ses premières observations dans une brasserie, d’où l’idée spectaculaire de suspendre une personne, "excepté la tête" précise-t-il, au-dessus d’une cuve pleine d’un liquide en fermentation. "Si le corps était exposé presque nu, ajoute-t-il, il y aurait peu de danger dû au froid, et l’air, ayant un accès plus libre, produirait un meilleur effet".

"N’étant pas médecin, je ne cours aucun risque en lançant cette hasardeuse, et peut-être bizarre, proposition" écrit-il.

Hasardeux et bizarre en effet !

Pourtant Priestley réussit à convaincre deux médecins, les docteurs Hird et Crowther, de l’opportunité de tenter l’expérience en administrant à leurs patients des lavements à l’air fixe et en leur faisant boire de grandes quantités de liquides fortement imprégnées de ce gaz. Naturellement le compte-rendu de l’un des médecins, publié par Priestley en annexe de son mémoire, annonçait des résultats positifs.

Vraiment bizarre ?

Pourtant, tout dans ces observations était-il si hasardeux, si bizarre ?

Le traitement proposé à une personne atteinte de maladie putride n’a sans doute pas eu réellement l’efficacité escomptée mais on sait aujourd’hui que les principaux micro-organismes responsables de la putréfaction des tissus animaux sont des bactéries aérobies et que l’une des méthodes préconisées pour le conditionnement des viandes est de faire cette opération sous atmosphère enrichie en gaz carbonique.

Notons aussi que la "carboxythérapie", à base de cures "d’eau gazeuse", de bains "carbo gazeux" et même d’injection sous-cutanée de CO₂, a été introduite dans l’arsenal de certaines stations thermales.

Vous avez dit bizarre ?

hier le clystère

aujourd’hui la seringue

Au moins serons nous tentés de considérer avec indulgence les conclusions aventureuses de Priestley en constatant qu’il avait quand même été, dans ce domaine, un bon, et peut-être utile, observateur.

Notons aussi le fascicule édité par Priestley sur la méthode de préparation d’une "eau de Pyrmont".

Après Van Helmont, Hales, Black, Cavendish et Priestley, nous allons rencontrer le biologiste Suisse Charles Bonnet.

pour aller plus loin voir :

Un livre chez Vuibert.

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 ?

Voir aussi :

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