Le blog d'histoire des sciences

Lavoisier et le phlogistique.

Peut-on parler du modèle de la combustion proposé par Lavoisier sans parler du phlogistique ?

Un nom est attaché à la théorie du phlogistique, celui de Georg Ernest Stahl (1660-1734), chimiste et médecin du roi de Prusse. Nous n'exposerons pas ici le détail de la théorie de Stahl, mais nous pourrons l'évoquer dans une forme proche de celle qu'enseignait en France le chimiste Guillaume-François Rouelle (1703-1770).

Rouelle donnait à Paris des cours de chimie, véritables spectacles, qui attiraient la meilleure société de la capitale. Diderot a été son élève et a noté ses cours mais aussi Lavoisier. Sa "chimie phlogistique" y était présentée d'une façon claire et dépouillée.

Le phlogistique (du grec phlogos, flamme) est la matière du feu. Un corps qui brûle libère son phlogistique. Certains corps peuvent même être considérés comme du phlogistique pratiquement pur, le charbon par exemple qui disparaît presque totalement dans une combustion en ne laissant que peu de cendres. Les métaux aussi peuvent brûler, l'observation montre que l'on obtient ce que le 17^ème siècle appelle une chaux métallique.

Selon l'interprétation de Stahl suivi par Rouelle, une chaux métallique est donc un métal qui a perdu son phlogistique : un métal déphlogistiqué.

C'est aussi cette même chaux que l'on trouve dans les minerais. L'observation des procédés métallurgiques apprend que, partant de cette chaux métallique, on obtient le métal par l'action du charbon qui, non seulement apporte la chaleur nécessaire à la fusion, mais qui doit également être au contact du minerai, jouant lui-même le rôle d'un réactif chimique.

La réaction de réduction de la chaux en métal s'interprète donc de façon simple : le phlogistique libéré par la combustion du charbon se fixe sur la chaux métallique et régénère le métal.

                     (métal déphlogistiqué)     (phlogistique) 

De même la combustion d'un métal :

La théorie est séduisante et, avant d'en être l'adversaire victorieux, Lavoisier s'exprimera lui-même en phlogisticien convaincu.

Un problème cependant : tous les métallurgistes savent qu'une livre de plomb fondu et maintenu en fusion sous le courant d'air d'un soufflet se transforme bientôt en une masse de litharge (chaux de plomb) de poids supérieur à celui du plomb initial. Le plomb a pourtant perdu son phlogistique, comment expliquer qu'il s'alourdisse ?   A l'inverse comment expliquer que ce même plomb retrouvant son phlogistique par l'action du charbon devienne plus léger ?

Une explication est communément avancée : le phlogistique  s'échappant du métal, celui-ci se resserre à l'image d'une éponge privée d'eau. Il deviendrait donc plus "lourd". Explication évidemment peu satisfaisante qui confond masse et densité et qui est pourtant celle de personnes considérées comme "savantes". Nos lycéens contemporains qui, eux aussi, confondent parfois les deux notions n'ont donc pas à en rougir.

Des Philosophes de la Nature mieux éclairés et plus imaginatifs évoquent un phlogistique à "masse négative", mais sans convaincre.

La nécessité de répondre à cette contradiction et sa connaissance de la nouvelle chimie des airs amènent Lavoisier à refuser une théorie unanimement admise mais dont les faiblesses sont de plus en plus évidentes. Un combat qu'il engage en 1777 par le rédaction de réflexions sur le phlogistique et qui trouve son aboutissement en 1787 avec la publication de la Méthode de nomenclature chimique en collaboration avec Guyton de Morveau, Berthollet et Fourcroy.

Refusant le Phlogistique, Lavoisier interprète les calcinations et combustions à partir d'un principe que nous considérons aujourd'hui comme évident mais qui était en rupture avec la tradition du moment, à savoir que l'air est  composé de deux gaz. L'un que Lavoisier proposera d'appeler Azote (qui prive de la vie), l'autre Oxygène (qui génère les acides).

La combustion devient alors un gain de matière, une "oxygénation", suivant un schéma désormais classique  : 

La réduction d'un minerai à l'état de métal par le carbone  devient :

Mais les chimistes français devront batailler ferme pour le faire admettre.

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Quand Lavoisier était encore Phlogisticien

Au cours de l'année 1994, bicentenaire de la mort de Lavoisier, cherchant à en savoir plus sur le brillant chimiste, nous avons eu connaissance de sa visite dans le Finistère par un rapport adressé à l'Académie des Sciences.

L'année 1778, il participait à une visite d'inspection de la mine de plomb argentifère de Poullaouen près de Huelgoat et détaillait les méthodes métallurgiques utilisées. Depuis un an, le combat contre le phlogistique était engagé. Cependant le rapport de Lavoisier, acte de nature administrative, est un modèle de mise en œuvre de la théorie de Stahl et sans doute l'une des meilleures illustrations de cette théorie.

Le minerai de Poullaouen est un sulfure de plomb (la galène) qui doit d'abord subir un "grillage" pour être transformé en oxyde de plomb avec libération de dioxyde de soufre. L'oxyde devra alors être réduit en plomb par l'action du carbone.

Lavoisier décrit la méthode : " La première opération à faire est de griller la mine (le minerai) pour détruire le soufre par combustion et pour le volatiliser. Cette opération ne peut se faire sans qu'une partie du métal se réduise en chaux ; et on ne peut le ramener à l'état métallique que par l'addition de phlogistique".

Après avoir décrit le fourneau utilisé, Lavoisier décrit le procédé : " De temps en temps on jette dans le fourneau quelques pelletées de menu charbon de terre ou de bois, pour rendre le phlogistique au métal, et ce dernier, lorsqu'il est fondu et revivifié, se rassemble par la pente naturelle du fourneau dans le milieu, où on a soin de le tenir toujours couvert avec du charbon embrasé."

En cette année 1994, Lavoisier nous a amenés à parler du phlogistique dans une classe de seconde du lycée de l'Elorn qui marquait l'évènement par une exposition.

Les élèves ont positivement apprécié cette théorie qui, de leur avis, "n'était pas si mal imaginée". Certains qui étaient tombés dans les pièges tendus par le professeur dans des cours précédents( voir : Chimie au lycée. En classe avec Lavoisier.), ont eu le plaisir de constater que leurs "erreurs" d'aujourd'hui étaient assez proches de "vérités" de certains chimistes du 18^ème siècle.

Le phlogistique ne fait plus partie de notre mémoire collective, pas même de celle de la communauté des chimistes, pourtant certains indices laissent entendre qu'il agit encore dans certaines franges de notre inconscient en orientant notre raisonnement vers de mauvaises pistes.

C'est sans doute une raison suffisante pour que la "révolution chimique" introduite par Lavoisier et les "chimistes français" mérite au moins d'être encore contée.

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Voir aussi : Lavoisier : "Cette théorie est la mienne".