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 ?
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L’introduction :
CO2, fatal ou vital ?
« CO2 - Élixir de vie et tueur du climat » est le titre d’une exposition présentée au musée Naturama de Aarau en Suisse à la charnière des années 2012 et 2013.
Élixir… le mot est fort. Il a été emprunté à l’arabe médiéval « al iksīr » désignant la liqueur d’immortalité des alchimistes ou la pierre philosophale supposée transformer le plomb en or.
Dans une première partie nous choisirons ce côté lumineux de l’histoire.
Nous découvrirons la suite de tâtonnements, de réussites et aussi parfois d’échecs, qui a fait prendre conscience de l’existence et du rôle de cet « élixir », le dioxyde de carbone et de ce joyau minéral, le carbone.
Tueur de climat. Qui peut encore le nier ? Et qui peut refuser de voir que la dangereuse augmentation du CO2 dans l’atmosphère, loin d’être une malédiction portée par ce gaz, 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.
Élixir ou poison, amour ou désamour… Le carbone et le dioxyde de carbone sont symboliques de cette chimie aux deux visages qui sont aussi ceux de la science en général.
D’une part, une science « pour comprendre », qui enthousiasme les scientifiques comme les esprits curieux par ses extraordinaires avancées dans la connaissance des phénomènes naturels. Une science qui donne la liberté de penser le monde en dehors des dogmes et qui, en même temps, peut apporter du confort à la vie quotidienne de chacune et chacun.
De l’autre côté, une science au service d’une « croissance infinie », décrétée par un système économique qui impose ses choix techniques et politiques. Une science et une technique dont les bénéfices pour la société sont de plus en plus occultés par les nuisances sociales et environnementales qu’elles provoquent.
Qui s’intéresse à l’histoire des sciences et des techniques ne peut échapper à ce double sentiment :
L’émerveillement devant l’ingéniosité de l’esprit humain et les constructions intellectuelles et matérielles qu’il met en oeuvre pour comprendre son environnement et améliorer son cadre de vie.
La lucidité devant le redoutable pouvoir des sciences et des techniques entre les mains de ceux pour qui elles représentent d’abord un outil pour posséder ou dominer.
À travers cette histoire du carbone et du CO2, nous n’échapperons pas à ces allers et retours.
Depuis l’Antiquité grecque jusqu’à Lavoisier nous suivrons une science dans laquelle nous serons tentés de ne reconnaître que la curiosité de l’enfance et l’enthousiasme de l’adolescence. Cette première partie nous apprendra ce que sont le carbone et le CO2 et comment ils contribuent à la vie sur cette planète.
Nous verrons ensuite une accélération extraordinaire des connaissances scientifiques et une multiplication de leurs applications techniques, au cours d’un xixe siècle qui s’achève avec les ondes électromagnétiques, les rayons X, la radioactivité, les premières automobiles, etc. Viendra ensuite le xxe siècle qui exploitera ces découvertes, pour le confort des sociétés développées, en même temps que se développeront leurs usages les plus redoutables.
Un développement qui amène à s’interroger sur la fonction des sciences dans nos sociétés. Car les scientifiques en font eux-mêmes le constat : alors qu’elle est depuis longtemps un indiscutable synonyme de progrès, à la fois pour les connaissances et pour la vie quotidienne, un désamour s’installe entre la science et la société.
C’est dans ces moments de doute qu’un retour aux sources peut faire revivre, à travers les écrits des auteurs des époques antérieures, les élans et les joies des premiers succès. Peut-être trouverons-nous également, dans ces expériences passées, des aides pour imaginer un nouvel avenir des sciences dans une société qui fonctionnerait sur d’autres bases que celles d’une croissance matérielle effrénée.
Note : nous avons choisi de scinder ce texte en cinq parties qui s’enchaînent mais qui pourraient également se lire de façon séparée.
Table des matières
CO2, fatal ou vital ?.
Première partie. D’Empédocle à Lavoisier, des quatre éléments à la naissance du carbone.
Qu'il soit sous forme de charbon, de pétrole ou de gaz, le carbone a révolutionné notre quotidien depuis plus de deux siècles. Émis en fortes quantités sous forme de CO2 dans l'atmosphère, il a aussi perturbé le climat de la Terre. L'auteur retrace l'histoire de cet élément et de ses utilisations depuis la Grèce antique jusqu'à nos jours.
Le carbone et le dioxyde de carbone sont indispensables à la vie sur Terre. L’auteur raconte leur quête par les scientifiques. Leurs usages : d’abord pour la chimie des essences végétales puis comme source d’énergie avec le charbon et le pétrole à partir des 19e et 20e siècles. Mais interviennent aujourd’hui les conséquences sur l’environnement : pollution et réchauffement climatique.
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 ?
Auteur:
Gérard Borvon a été enseignant de physique-chimie en lycée et formateur en histoire des sciences à l'IUFM de Bretagne.Auteur de nombreux travaux visant à diffuser la culture scientifique, il a déjà publié chez Vuibert une Histoire de l'électricité, de l'ambre à l'électron (2009) et une Histoire de l'oxygène, de l'alchimie à la chimie (2012).
L'auteur présente d'abord les étapes de la découverte du carbone par les scientifiques, depuis Empédocle (grec présocratique - de moins 490 à moins 430 av. JC environ), pour qui l'univers matériel était constitué de 4 éléments : l'eau, la terre, le feu et l'éther ou l'air. Ce n'est que relativement récemment que l'élément carbone fut isolé et identifié, et que les scientifiques comprirent son rôle vital (cycles végétatifs, constitution de l'ADN…). Outre les théories des chercheurs à propos de la matière, leurs expériences et raisonnements sont exposés dans cet ouvrage, ceci de manière très compréhensible, y compris pour les non scientifiques.
Le bois, d'origine carbonée, fut l'une des premières sources d'énergie exploitée par l'homme, pour se chauffer, cuire ses aliments, travailler des métaux… Il céda en partie la place à son dérivé, le charbon de bois, qui permet d'atteindre de plus hautes températures. Puis le charbon sortit de terre… avant que le pétrole ne coule à flots ! Nous nous enfumons donc depuis des décennies, et la planète avec, d'autant plus que la population humaine croît et adopte des modes de vie de plus en plus énergivores. N'en déplaise aux climato-sceptiques, des gaz à effet de serre se sont accumulés dans l'atmosphère et continuent à y être rejetés massivement du fait des activités humaines, ce qui impacte le climat de manière dangereuse. Les matières premières carbonées ne sont pas seulement source d'énergie, elles servent aussi de matériaux pour les chimistes. J'ai été surpris de (re)découvrir que la chimie du bois et des végétaux - qui reviennent au goût du jour pour des raisons environnementales - a précédé la carbochimie et l'omniprésente pétrochimie. Les liens entre sciences fondamentales et sciences appliquées sont mis en évidence par des exemples de techniques utilisées quotidiennement. le carbone est indéniablement utile mais l'abus est néfaste pour tous. A partir de l'exemple de cet élément, l'auteur élargit la réflexion à la place des sciences dans nos sociétés, aux bienfaits et méfaits auxquels elles donnent naissance. Cette dernière partie m'a moins intéressé que le coeur du sujet annoncé en titre.
Je recommande cet ouvrage à tous, qui présente l'histoire du carbone et du CO2, de manière documentée et vulgarisée... Que la réflexion sur nos sociétés et modes de vie se poursuive, sinon tant pis pour nos descendants, s'il en reste… 😥
Revenons à ce gaz caractérisé comme "air fixe". Dans un mémoire lu le 3 mai 1777 à l'Académie des Sciences, Lavoisier traite des "expériences sur la respiration des animaux et sur les changements qui arrivent à l'air en passant par leurs poumons".
Chacun connaît l'importance de la respiration pour le maintien de la vie humaine et pourtant, nous dit Lavoisier, "nous connaissons peu l'objet de cette fonction singulière". Cet "objet", c'est l'air mais, ajoute-t-il, "toutes sortes d'air, ou plus exactement toutes sortes de fluides élastiques, ne sont pas propres à l'entretenir, et il est un grand nombre d'airs que les animaux ne peuvent respirer sans périr".
Lavoisier connaît les travaux de Hales, il est surtout admiratif des expériences de Priestley qui "a reculé beaucoup plus loin les bornes de nos connaissances… par des expériences très ingénieuses, très délicates et d'un genre très neuf". Lavoisier considère que son apport essentiel aura été de prouver que "la respiration des animaux avait la propriété de phlogistiquer l'air, comme la calcination des métaux et plusieurs procédés chimiques". Ou pour être plus bref : que la respiration est une combustion !
Lui-même veut le vérifier. Un moineau est placé sous une cloche pleine d'air renversée sur une cuve à mercure. Près d'une heure plus tard il ne bouge plus. L'air qui reste éteint une flamme. Un nouveau moineau qu'on y enferme n'y vit que quelques instants.
Cet "air vicié" présente une propriété qu'on ne trouve pas dans la simple "mofette" à laquelle Lavoisier donnera plus tard le nom d'Azote. Il précipite l'eau de chaux. Par ailleurs, une partie de cet air vicié est absorbée par une solution d'alkali fixe caustique (de la potasse). Par ces propriétés Lavoisier reconnaît cet air que les chimistes désignent comme "l'air fixe".
Le terme ne lui convient pas. Dans une note il s'en explique.
Quand l'air fixe devient acide crayeux aériforme.
" Il y a déjà longtemps que les physiciens et les chimistes sentent la nécessité de changer la dénomination très-impropre d’air fixe, air fixé, air fixable ; je lui ai substitué, dans le premier volume de mes Opuscules physiques et chimiques, le nom de fluide élastique ; mais ce nom générique, qui s’applique à une classe de corps très-nombreux, ne pouvait servir qu’en en attendant un autre.
Aujourd’hui, je crois devoir imiter la conduite des anciens chimistes ; ils désignaient chaque substance par un nom générique qui en exprimait la nature, et ils le spécifiaient par une seconde dénomination qui désignait le corps d’où ils avaient coutume de la tirer ; c’est ainsi qu’ils ont donné le nom d’acide vitriolique à l’acide qu’ils retiraient du vitriol ; le nom d’acide marin à celui qu’ils tiraient du sel marin, etc.
Par une suite de ces mêmes principes, je nommerai acide de la craie, acide crayeux, la substance qu’on a désignée jusqu’ici sous le nom d’air fixe ou air fixé, par la raison que c’est de la craie et des terres calcaires que nous tirons le plus communément cet acide, et j’appellerai acide crayeux aériforme celui qui se présentera sous forme d’air."
"Acide crayeux aériforme", propose donc Lavoisier, à un moment où, pourtant, il ne sait rien encore de la composition chimique de la craie. Plus tard c'est l'acide lui-même qui contribuera à donner son nom à la craie (carbonate de calcium) dans la nomenclature chimique. Nous en reparlerons. Pour le moment le chimiste s'interroge sur le mécanisme de la respiration. Il a constaté une faible diminution du volume de l'air dans la cloche. Deux hypothèses se présentent.
Il est possible, dit-il, "que l'air éminemment respirable qui est entré dans le poumon en ressorte en acide crayeux aériforme". Ce qui expliquerait la faible diminution du volume de l'air dans la cloche, l'air fixe étant supposé "moins élastique" que l'air ordinaire.
Il est possible aussi "qu'une portion de l'air éminemment respirable reste dans le poumon et qu'elle se combine avec le sang".
Les deux propositions se révèleront partiellement justes. Pour appuyer la seconde Lavoisier rappelle que Priestley lui-même, a exposé du sang à l'air éminemment respirable et à l'acide crayeux aériforme. Dans le premier cas le sang a pris une couleur rouge-vermeil, dans le second cas il est devenu noir. La remarque ne manque pas de pertinence mais il faudra encore de longues années avant qu'elle trouve sa justification.
Pour le moment, la nature de l'acide crayeux reste à élucider.
De l'acide crayeux aériforme à l'acide charbonneux.
Quatre ans se sont passés. Lavoisier a abandonné le phlogistique. Dans les publications de l'Académie des Sciences pour l'année 1781, on peut lire son "Mémoire sur la formation de l'acide nommé air fixe ou acide crayeux et que je désignerai désormais sous le nom d'acide du charbon".
Lavoisier rappelle d'abord sa conception de la combustion des métaux, à savoir la combinaison de ceux-ci avec la partie respirable de l'air qu'il désigne à présent comme principe oxygine (générateur d'acide) et qui deviendra gaz oxygène dans la Nomenclature qu'il publiera avec Guyton de Morveau, Fourcroy et Berthollet en 1787. Nous avons déjà évoqué la longue et difficile genèse de l'oxygène, celle du dioxyde de carbone, notre actuel CO2 est tout aussi mouvementée.
En même temps que de celle des métaux, Lavoisier s'est intéressé aux combustions du phosphore et du soufre. Celles-ci l'ont conduit aux acides phosphorique et sulfurique. Poursuivant avec la même logique, il décide de s'intéresser au plus anciennement connu des combustibles : le charbon.
Ce corps pose problème. Si les chimistes savent obtenir du soufre et du phosphore dans un état de quasi-pureté, il n'en va pas de même du charbon. Sa distillation laisse échapper un ensemble de gaz parmi lesquels un air inflammable aqueux qui prendra ensuite le nom d'hydrogène. Dans ses cendres on trouve des terres insolubles et de l'alkali fixe (de la potasse) soluble. D'où la précision de Lavoisier :
"Pour éviter toute équivoque, je distinguerai, dans ce mémoire, le charbon d’avec la substance charbonneuse ; j’appellerai charbon ce que l’on a coutume de désigner sous cette dénomination dans les usages de la société, c’est-à-dire un composé de substance charbonneuse, d’air inflammable aqueux, d’une petite portion de terre et d’un peu d’alcali fixe ; j’appellerai, au contraire, substance charbonneuse le charbon dépouillé d’air inflammable aqueux, de terre et d’alcali fixe".
C'est donc la "substance charbonneuse" qui se combine au principe oxygine de l'air dans la combustion du charbon. Abandonnant le nom "d'acide crayeux" qu'il lui avait précédemment donné, Lavoisier donne le nom d'acide charbonneux au gaz résultant de cette combustion.
Afin de déterminer les proportions de substance charbonneuse et de principe oxygine dans cet acide charbonneux, Lavoisier, aidé de Laplace et Meusnier, se livre à une multitude d'expériences qui l'amènent aux proportions :
Principe oxygine : 72,125 livres
Matière charbonneuse : 27,875 livres
Total de l’acide charbonneux : 100,000 livres
La lectrice ou le lecteur qui mobiliserait ses souvenirs scolaires pourrait vérifier qu'avec nos données actuelles (valeurs "arrondies" : 12g de carbone pour 32g d'oxygène dans les 44g d'une "mole" de CO2 soit 22,4l gazeux,), les 27,875% de carbone mesurés par Lavoisier sont très proches des 27,3% que nous donnent nos calculs.
En cette année 1781, l'air fixe, rebaptisé acide crayeux, est donc devenu acide charbonneux. Pourtant, si on connaît à présent sa composition, il attend encore son nom définitif.
Quand l'acide charbonneux devient gaz acide carbonique et quand naît le carbone.
Nous avons déjà évoqué la Nomenclature Chimique. Notons, pour mieux la situer, qu'elle prend son origine au début des années 1780, moment où la nécessité se fait jour d'une réforme dans la façon de nommer les corps chimiques.
C'est d'abord Louis-Bernard Guyton de Morveau (1737-1816), avocat au parlement de Dijon et chimiste reconnu internationalement qui publie dans le Journal de Physique de l'abbé Rozier, en 1782, un mémoire "Sur les dénominations chymiques, la nécessité d'en perfectionner le système et les règles pour y parvenir".
Le constat est simple : cette science qui a enfin réussi à s'imposer dans les Académies utilise une langue à peine sortie des grimoires des alchimistes. "Il n'est point de science, regrette-t-il, qui exige plus de clarté, plus de précision, & on est d'accord qu'il n'en est point dont la langue soit aussi barbare, aussi vague, aussi incohérente".
En France, d'autres chimistes partagent le même objectif et une autre réforme du vocabulaire est en marche : celle de Lavoisier et de ses collègues académiciens qui s'appuient sur une base théorique, celle du principe oxygine, très différente de celle de Guyton de Morveau partisan du phlogistique.
La concurrence est sévère. La théorie de Lavoisier semble même avoir des partisans parmi les collègues Bourguignons de Guyton de Morveau, mais cela n'empêche pas celui-ci de se montrer circonspect :
"Nous aurons plus d'une fois occasion de dire, & particulièrement aux articles Acide Vitriolique, Acide Saccharin, Phlogistique, &c. &c. que nous sommes bien éloignés d'adopter en entier l'explication dans laquelle ce savant Chymiste croit pouvoir se passer absolument du Phlogistique" (Encyclopédie méthodique, article chymie, p29).
Pourtant, trois ans plus tard, c'est avec Lavoisier qu'il présentera la Méthode de Nomenclature Chimique qui bannira le phlogistique de l'univers de la chimie.
Influent à l'Académie des sciences, Lavoisier (1743-1794) a su attirer autour de lui des collaborateurs efficaces et enthousiastes qui soutiennent sa théorie : Antoine-François Fourcroy (1755-1809), Claude Louis Berthollet (1748-1822), Jean Henri Hassenfratz (1755-1827), Pierre Auguste Adet (1763-1834).
C'est ce groupe, réuni autour de Lavoisier, qui accueille Guyton de Morveau quand il vient à Paris en février 1787 avec son projet de nomenclature déjà bien avancé. Avec lui, ils rédigent la nouvelle "Méthode de Nomenclature Chimique" présentée à l'assemblée publique de l'Académie des Sciences du 17 avril 1787.
Guyton de Morveau est chargé d'en présenter les nouveaux termes. L'oxygène, l'hydrogène et l'azote sont les premiers nommés. Concernant le nom des acides, l'un d'entre eux pose problème.
"Aucun n'a reçu autant de noms différents que ce gaz, auquel M. Black donna d'abord le nom d'air fixe, en se réservant expressément de changer dans la suite cette dénomination, dont il ne se dissimulait pas l'impropriété. Le peu d'accord des chimistes de tous les pays sur ce sujet nous laissait, sans doute, une liberté plus entière, puisqu'il nous montrait la nécessité de présenter enfin des motifs capables de décider l'unanimité : nous avons usé de cette liberté suivant nos principes.
Quand on a vu former l'air fixe par la combinaison directe du charbon et de l'air vital, à l'aide de la combustion, le nom de cet acide gazeux n'est plus arbitraire, il se dérive nécessairement de son radical, qui est la pure matière charbonneuse ; c'est donc l'acide carbonique, ses composés avec les bases sont des carbonates ; et,pour mettre encore plus de précision dans la dénomination de ce radical, en le distinguant du charbon dans l'acceptation vulgaire, en l'isolant par la pensée, de la petite portion de matière étrangère qu'il recèle ordinairement, et qui constitue la cendre, nous lui adaptons l'expression modifiée de carbone, qui indiquera le principe pur, essentiel du charbon, et qui aura l'avantage de le spécifier par un seul mot, de manière à prévenir toute équivoque."
De façon paradoxale, c'est donc l'acide carbonique, que nous désignons actuellement comme gaz carbonique dans le langage courant ou dioxyde de carbone dans une langue plus savante, qui a donné son nom au carbone !
La remarque n'est pas anodine. C'est le dioxyde de carbone, l'ancien "gas silvestre" ou "air fixe", qui relie la craie la plus blanche à la noirceur du charbon. Le charbon, bois fossilisé, faisant lui-même le lien entre le minéral et le végétal. Comment aurions-nous pu décrire ce "cycle du carbone" qui associe matière inerte et matière animée ; que serait devenue la "chimie organique", si Lavoisier s'en était tenu à son choix initial "d'acide crayeux aériforme" ?
Ce choix étant fait, la réaction de combustion du carbone peut désormais s'écrire dans une formulation qui nous est compréhensible.
Carbone + oxygène → gaz acide carbonique
Le mot carbone est entré dans le langage quotidien et est partout compris dans le monde. Pourtant, nous verrons, à présent, qu'il ne s'est cependant pas imposé sans de fortes réticences.
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.
Avec les travaux de Hales, Black, Cavendish, Priestley, les propriétés de l'air fixe, notre actuel CO2, commencent à être entrevues. D'autres "airs" également révèlent leur existence.
Parmi ceux-ci il nous faut suivre la découverte de l'air qui est d'abord apparu comme le principe inverse de cet air "méphitique" qu'est l'air fixe : un "air" nécessaire à la vie, l'oxygène.
Par ailleurs, comment parler de dioxyde de carbone, CO2, sans parler de l'oxygène qui en représente 73% de la masse ? C'est au récit de cette naissance que nous invite ce chapitre.
Priestley (1733-1804), le phlogistique et l'air déphlogistiqué.
Nous avons noté la découverte par Priestley de l'air nitreux (monoxyde d'azote, NO)obtenu par action de l'eau forte (l'acide nitrique, HNO3) sur le cuivre.
Cet air, incolore, a la propriété de se colorer en rouge-orange quand il se mélange à l'air "ordinaire". Il a, de plus, celle de provoquer une diminution du volume de celui-ci. Priestley constate que la partie qui disparaît est celle qui est le plus utile aux organismes vivants, c'est notre oxygène.
Il fait de cette observation un moyen de contrôler la salubrité de l'air : pour un air dans lequel une bougie a brulé ou un animal a respiré, la diminution du volume est plus faible. Cette méthode deviendra classique. Elle sera utilisée avec succès par Jan Ingenhousz dans son étude sur la respiration des plantes afin de mesurer les quantités d'oxygène dégagées. Nous reparlerons de cette expérience.
Lavoisier, lui-même, s'appliquera à lui donner un support mathématique dans un mémoire présenté à l'Académie des sciences en décembre 1783. Il s'emploiera surtout à déterminer la nature de cette partie de l'air qui disparaît. On sait aujourd'hui que le gaz nitreux, monoxyde d'azote de formule NO, incolore, se combine à l'oxygène O2 pour donner le dioxyde d'azote rouge-orange NO2, sa découverte est donc une étape importante sur la voie qui mène à l'oxygène.
La détermination de la composition de l'air sera l'un des moments forts de l'œuvre de Lavoisier. Pourtant, parmi toutes les observations faites par Priestley, plusieurs auraient pu le mettre, le premier, sur la bonne piste. Ne serait-ce qu'en tirant le meilleur parti d'une expérience ancienne.
" J'ai suspendu des morceaux de plomb et d'étain dans un volume donné d'air… En dirigeant sur eux le foyer d'un miroir ardent ou d'une lentille, de façon à les faire se consumer copieusement, j'observai une diminution de l'air. Dans le premier essai que j'ai réalisé, j'ai réduit quatre onces d'air jusqu'à trois, ce qui est la plus forte diminution de l'air commun que j'aie jamais observé auparavant".
Le mode opératoire est astucieux et sera imité. Le résultat, cependant, étonne l'observateur. Celui-ci est un partisan résolu de la théorie du phlogistique. Il faut donc que du phlogistique se soit dégagé du métal pendant sa combustion. Alors pourquoi cette diminution importante du volume d'air ?
Il imagine que le phlogistique a pour effet de rendre l'air moins élastique et donc de le faire se contracter. Ainsi le modèle sera sauf. Sa fidélité à la théorie de Stahl l'empêche de voir qu'une partie de l'air s'est combinée au métal. Le mérite en reviendra à d'autres. Obstacle "épistémologique", dressé dans l'esprit du chercheur, dirait Bachelard.
Il ne saura pas, non plus, exploiter une autre expérience pourtant bien plus révélatrice. Pour celle-ci, il utilise l'oxyde rouge du mercure, désigné comme précipité per se,dont on sait, depuis les alchimistes, que, fortement chauffé, il retourne au mercure initial. Il place cet oxyde rouge sous une cloche renversée sur une cuve à eau et le porte à une haute température au moyen d'une lentille concentrant les rayons du soleil. Comme prévu, le mercure métallique réapparaît mais, de plus, le volume d'air s'accroit.
Remarquable ! Dans ce nouvel air une chandelle ne s'éteint pas. Bien au contraire son éclat est plus vif. Un charbon dont un point est porté au rouge y brûle avec force étincelles. Priestley nomme "air très pur", cet air plus actif que l'air ordinaire avant de l'appeler air déphlogistiqué.
Son explication : Pour que la "chaux" rouge du mercure (mercure déphlogistiqué) redevienne métal, elle doit capter du phlogistique. C'est donc une fraction de l'air qui le lui procure. Cet air est alors devenu "négatif" en phlogistique : c'est de l'air déphlogistiqué.
Chaux de mercure + air -> mercure + air déphlogistiqué
Cet "air déphlogistiqué", comment favorise-t-il les combustions ? Ayant perdu son phlogistique il tend donc à en extraire, avec plus de vivacité que l'air ordinaire, des corps qui en sont riches, comme le charbon ou le suif d'une chandelle. Le résultat de ceci est de rendre leurs combustions plus vives.
Le volume de l'air augmente ? Il n'est pas interdit de penser que l'air "déphlogistiqué" est plus "élastique" que l'air ordinaire et occupe un plus grand volume à la pression ambiante.
Les explications ne manquent pas d'une certaine logique. Pourtant si, par cette expérience et cette observation, il peut prétendre partager le titre de "découvreur" de l'oxygène, la vraie nature de ce gaz lui échappe.
Ces mêmes expériences sur la combustion des métaux et sur la décomposition de l'oxyde de mercure, réinterprétées, mèneront Lavoisier sur la voie de la composition de l'air et de la compréhension du mécanisme des combustions et, en particulier, sur celle du carbone.
Lavoisier utilisera un montage analogue à celui de Priestley
Traité élémentaire de chimie. 1789.
Mais avant d'y arriver et afin de poursuivre le récit de cette "chasse aux airs", il nous faut quitter l'Angleterre pour la Suède où officie Karl-Wilhem Scheele.
Karl-Wilhelm Scheele ( 1742-1786) et l'air du feu.
Après avoir été apprenti apothicaire, Karl-Wilhelm Scheele se forme en autodidacte et devient pharmacien à Stockholm avant de rejoindre Uppsala où il suit un parcours universitaire sous la direction du chimiste Torben Olof Bergman avant d'être admis à l'Académie Royale des Sciences de Suède.
On lui attribue la découverte de nombreux acides, dont certains toxiques comme l'acide cyanhydrique, ou encore celle du chlore qu'il considère comme de l'acide marin (acide chlorhydrique) déphlogistiqué. La fréquentation de ces produits ayant probablement contribué à sa mort prématurée.
En 1777, il publie son "Traité chimique de l'air et du feu" dans lequel il fait part de sa découverte du nouvel "air" qui, décrit au même moment par Priestley, sera ensuite interprété par Lavoisier comme étant l'oxygène :
"L'examen de l'air a toujours été un des objets principaux de la Chimie : aussi ce fluide élastique est-il doué de tant de propriétés particulières, qu'il met ceux qui s'en occupent à portée de faire souvent des découvertes. Nous voyons que le Feu, ce produit si admirable de la chimie, ne saurait exister sans l'air. Pourrais-je m'être trompé en entreprenant de démontrer dans ce Traité, qui n'est qu'un Essai Chimique sur la doctrine du Feu, qu'il existe dans notre atmosphère un air que l'on doit regarder comme une partie constituante du Feu, en ce qu'il contribue matériellement à la flamme, & que, par rapport à cette propriété, j'ai nommé "Air de Feu" (Le terme allemand de Feuerluft sera généralement conservé par les chimistes européens). (Traité chimique de l'air et du feu, traduction, Paris 1781).
Plus précisément, explique-t-il, l'air serait composé de "deux espèces différentes l'une de l'autre : l'une s'appelle Air vicié, parce qu'il est absolument dangereux et mortel, soit pour les animaux, soit pour les végétaux et qu'il altère, en partie, toute la masse de l'air ; l'autre au contraire s'appelle Air pur ou Air de feu, parce qu'il est tout à fait salutaire, & qu'il entretient la respiration, conséquemment la circulation du sang."(Mémoires de l'Académie des Sciences de Stockholm - 1779).
Pour mesurer les proportions de ces deux airs, Scheele imagine un montage ingénieux :
Scheele, Mémoire de l'Académie des sciences de Stockholm, 1779.
"Je mis au fond du vase A un support formé d'un tuyau de verre fixé sur un petit piédestal de plomb ; l'extrémité supérieure du tuyau portait un petit plateau horizontal, sur lequel je plaçai le petit vaisseau C, rempli du mélange de limaille de fer et de soufre". (ce mélange, quand on l'humecte d'eau, était classiquement considéré comme capable de libérer une quantité importante de phlogistique. On sait, aujourd'hui qu'il est oxydé par l'oxygène de l'air)
"Je reversais sur le tout le verre cylindrique D, & je remplis d'eau le vaisseau A."
Progressivement l'eau monte dans le tube et se stabilise au bout de quelques heures. Le mélange de fer et de soufre prenant alors l'aspect d'une "chaux".
Comment expliquer la diminution du volume d'air enfermé dans les enceintes où se fait la réaction de combustion ? Priestley imaginait une contraction de l'air sous l'effet du phlogistique, Scheele propose une autre hypothèse : "la combinaison de l'air avec le phlogistique est un composé si subtil qu'il est susceptible de pénétrer les pores imperceptibles du verre et de se disperser en tous sens dans l'air" (Traité du Feu - 1777). Ou plus précisément " lorsque l'air pur rencontre une matière inflammable mise en liberté, il s'en approche, se sépare de l'air vicié, & disparaît, pour ainsi dire, à vue d'œil"(Mémoire de Chimie - 1779)
Le phlogistique échappé du métal aurait donc pour propriété de faire "disparaître" l'air pur ? A l'évidence, cette diminution de volume de l'air pose un sérieux problème !
L'expérience plusieurs fois répétée semble indiquer à Scheele que la proportion d'air de feu dans l'atmosphère est de 27%, légèrement supérieure, donc, à la valeur estimée actuellement pour l'oxygène (21%).
Après Priestley, Scheele peut donc prétendre au titre de découvreur de l'oxygène mais Lavoisier sera celui qui, après avoir osé combattre la théorie du phlogistique, saura donner une explication claire du phénomène de la combustion et nommer le gaz qui en est l'acteur principal.
Lavoisier (1743-1794). De l'air vital au principe oxygine et à l'oxygène.
Antoine Laurent de Lavoisier naît à Paris en 1743 dans une famille fortunée mais endeuillée par le décès de sa mère quand il a cinq ans. Entre 1754 et 1761 il fréquente le collège des Quatre Nations fondé par Mazarin où il reçoit une formation mathématique de l'abbé Lacaille, astronome, membre de l'Académie dont les "Leçons élémentaires de Mathématiques", plusieurs fois rééditées, formeront de nombreuses générations d'ingénieurs et de scientifiques. Il complète sa formation scientifique par de la physique, aux cours que l'abbé Nollet donne à l'école Royale du Génie de Mézières, par de la botanique au Jardin du Roy avec Bernard de Jussieu, de la chimie avec les conférences de Rouelle, de la minéralogie avec l'académicien Jean-Etienne Guettard qu'il accompagne pour une campagne d'étude de quatre mois dans les Vosges et qui est l'occasion de ses premiers pas en analyse chimique.
Formé à toutes les branches de la physique, il ne fera pas cependant profession de science. Diplômé en droit de l'Université de Paris, il achète, en 1768, année où il est élu à l'Académie des Sciences, une charge de "fermier général". Cette fonction consiste à percevoir des impôts indirects sur le commerce d'un certain nombre de marchandises ( sel, tabac, boissons… ) mais aussi les droits d'octroi à l'entrée des villes. Cette charge, fortement rémunératrice, lui permettra de créer le plus riche laboratoire de l'Europe scientifique et d'y recevoir tout ce qu'elle compte de savants. Elle sera aussi la cause de sa condamnation à mort par un tribunal révolutionnaire en 1794.
En 1775, il devient régisseur des poudres et salpêtres et s'installe à l'Arsenal, à Paris, où son laboratoire, équipé des appareils issus des meilleurs artisans du moment, devient le lieu où se forme une nouvelle génération de chimistes.
1774-1777 : L'air est un mélange de deux fluides.
Lavoisier qui se place dans la continuité des "chasseurs d'air" européens constate le peu d'intérêt pour le sujet en France.
"Un grand nombre de physiciens et de chimistes étrangers s'occupent dans ce moment de recherches sur la fixation de l'air dans les corps et sur les émanations élastiques qui s'en dégagent, soit pendant les combinaisons, soit par la décomposition et la résolution de leurs principes : des mémoires, des thèses, des dissertations de toute espèce, paraissent, en Angleterre, en Allemagne, en Hollande ; les chimistes français seuls semblent ne prendre aucune part à cette importante question, et, tandis que les découvertes étrangères se multiplient chaque année, nos ouvrages modernes, les plus complets, à beaucoup d'égards, qui existent en chimie, gardent un silence presque absolu sur ce point."(Opuscules physiques et chimiques, 1774).
Souhaitant être le premier à rompre avec ce désintérêt, il reprend d'abord les expériences de Black sur l'air fixe et vérifie qu'il existe bien "dans les pierres et les terres calcaires un fluide élastique, une espèce d'air sous forme fixe".
C'est surtout dans la suite de son travail qu'il annonce son originalité avec des expériences sur "l'existence d'un fluide élastique fixé dans les chaux métalliques".
Je commençai, annonce-t-il "à soupçonner que l'air de l'atmosphère, ou un fluide élastique quelconque contenu dans l'air, était susceptible, dans un grand nombre de circonstances, de se fixer, de se combiner avec les métaux ; que c'était à l'addition de cette substance qu’étaient dus les phénomènes de la calcination, l'augmentation de poids des métaux convertis en chaux, et peut-être beaucoup d'autres phénomènes dont les physiciens n'avaient encore donné aucune explication satisfaisante."
En effet, parmi les questions restées sans réponse, "l'augmentation de poids des métaux convertis en chaux" est le principal problème que pose la théorie du phlogistique.
Rappelons le schéma décrivant la calcination des métaux dans la théorie de Stahl :
Dans la logique de ce modèle, la transformation du métal en "'chaux" devrait donc s'accompagner d'une perte de masse, celle du phlogistique. Or, c'est l'inverse qui se passe et les alchimistes le savaient déjà !
De même la "réduction" d'une chaux en métal devrait s'accompagner de l'augmentation du poids du métal obtenu:
Pour trancher la question, Lavoisier opère d'abord la réduction du minium (oxyde de plomb, rouge, Pb3O4) par le charbon sous une cloche renversée sur une cuve à mercure. Le mélange de poudre de minium et de charbon est "allumé"par les rayons solaires concentrés "au foyer du grand verre ardent de Tschirnhausen", lentille de grand diamètre,qui se trouve dans les jardins du Louvre.
Il observe à la fois le dégagement d'un "air" (le mot gaz ne fait pas encore partie de son vocabulaire) et l'apparition de gouttelettes de plomb fondu dont la masse est plus faible que celle de la chaux initiale !
Grande lentille du jardin du Louvre
Explication ? De cette expérience et d'autres qui l'accompagnent Lavoisier tire une conclusion qui rompt avec l'interprétation classique. La chaux serait la combinaison d'un métal avec "la partie fixe d'un fluide élastique qui a été dépouillé de son principe inflammable". Ce serait donc une partie de l'air et non le métal qui perdrait du phlogistique avant de se fixer sur celui-ci pour former une chaux.
Lors de la réduction de cette chaux métallique, le charbon aurait alors pour rôle de restituer du phlogistique, non pas au métal, mais "au fluide élastique fixé" qui l'avait perdu,
"et de lui restituer en même temps l'élasticité qui en dépend" et donc de lui rendre l'état "aériforme".
Nous noterons que, dans cette interprétation, Lavoisier ne rejette pas l'idée de phlogistique et qu'il est encore loin d'engager le fer avec les "phlogisticiens". Bien au contraire, à ce stade de sa réflexion, non seulement il ne combat pas le modèle du phlogistique, mais il l'enrichit !
Relevons cependant sa principale, et surtout nouvelle, contribution à l'explication du phénomène : une partie de l'air se fixe sur le métal pendant la combustion. Seule cette hypothèse peut expliquer l'augmentation du poids du métal devenu chaux métallique en même temps que la diminution du volume de l'air.
Et pour aller encore plus loin, cette partie de l'air, responsable des combustions, serait un fluide particulier :
"plusieurs circonstances sembleraient porter à croire que tout l'air que nous respirons n'est pas propre à se fixer pour entrer dans la combinaison des chaux métalliques, mais qu'il existe dans l'atmosphère un fluide élastique particulier qui se trouve mêlé avec l'air, et que c'est au moment où la quantité de ce fluide contenue sous la cloche est épuisée, que la calcination ne peut plus avoir lieu."
Nous arrivons en 1777. Les idées de Lavoisier sur la combustion se précisent. Le 21 mars, il présente à l'Académie des sciences un "Mémoire sur la combustion du phosphore de Kunckel" dans lequel il énonce clairement la proposition que l'air est composé de deux fluides aux propriétés bien différentes.
Toujours en utilisant une cloche retournée sur une cuve à mercure et un "verre ardent" il fait brûler un fragment de phosphore. Il observe :
- Que,au moment où la combustion s'achève, l'air "n’occupe plus que les quatre cinquièmes ou les cinq sixièmes, tout au plus, de l’espace qu’il occupait avant la combustion."
- Que l'air qui reste "n’est plus susceptible de servir à la respiration des animaux, d’entretenir la combustion ni l’inflammation des corps ; en un mot, il est absolument dans l’état de moufette, et, en conséquence, pour éviter de le confondre avec aucune autre espèce d’air, je le désignerai, dans ce mémoire et dans quelques autres que je publierai à la suite, sous le nom de moufette atmosphérique".
Cette fois, il est acquis pour Lavoisier, que l'air atmosphérique est le mélange de deux "fluides élastiques" : un "air éminemment respirable" et une "moufette" (ou mofette, de l'italien mofetta issu du latin mephitis, exhalaison nauséabonde) incapable d'entretenir la vie.
Lavoisier utilise encore le terme "d'air déphlogistiqué" employé par Priestley pour désigner l'air très pur ou éminemment respirable. Cette nouvelle proposition ne pouvait que convenir aux chasseurs d'air britanniques.
Mais ce n'était que partie remise.
1777. Le Phlogistique n'existe pas.
Dans un mémoire de la même année 1777 "Sur la combustion en général", le ton n'est plus à la conciliation. Les hostilités sont ouvertes par un texte sans concessions pour le phlogistique :
"Si l’on demande aux partisans de la doctrine de Stahl de prouver l’existence de la matière du feu dans les corps combustibles, ils tombent nécessairement dans un cercle vicieux, et sont obligés de répondre que les corps combustibles contiennent de la matière du feu parce qu’ils brûlent, et qu’ils brûlent parce qu’ils contiennent de la matière du feu ; or il est aisé de voir qu’en dernière analyse c’est expliquer la combustion par la combustion.
L’existence de la matière du feu, du phlogistique, dans les métaux, dans le soufre, etc. n’est donc réellement qu’une hypothèse, une supposition, qui, une fois admise, explique,il est vrai, quelques-uns des phénomènes de la calcination et de la combustion ; mais, si je fais voir que ces mêmes phénomènes peuvent s’expliquer d’une manière tout aussi naturelle dans l’hypothèse opposée, c’est-à-dire sans supposer qu’il existe de matière du feu ni de phlogistique dans les matières appelées combustibles, le système de Stahl se trouvera ébranlé jusque dans ses fondements."
Ce premier mémoire est développé dans un second présenté le 5 septembre 1777 sous le titre "Considérations générales sur la nature des acides et sur les principes dont ils sont composés".
Ce nouveau mémoire recèle une surprenante rupture. Alors que la "chasse aux airs" s'est, jusqu'à présent, focalisée sur les réactions de combustion et de réduction des métaux, Lavoisier concentre sa nouvelle offensive sur la formation des acides, qui deviennent, de façon subite et inattendue, le centre de sa nouvelle théorie.
Quand l'air vital devient "air acidifiant" : le principe oxygine.
"J’ai déjà fait part à l’Académie de mes premiers essais sur ce sujet : je lui ai démontré, dans de précédents mémoires, autant toutefois qu’il est possible de démontrer en physique et en chimie, que l’air le plus pur, celui auquel M. Priestley a donné le nom d’air déphlogistiqué, entrait, comme partie constituante, dans la composition de plusieurs acides, et notamment de l’acide phosphorique, de l’acide vitriolique et de l’acide nitreux.
Des expériences plus multipliées me mettent aujourd’hui dans le cas de généraliser ces conséquences, et d’avancer que l’air le plus pur, l’air éminemment respirable, est le principe constitutif de l’acidité : que ce principe est commun à tous les acides, et qu’il entre ensuite dans la composition de chacun d’eux un ou plusieurs autres principes qui les différencient et qui les constituent plutôt tel acide que tel autre.
D’après ces vérités, que je regarde déjà comme très-solidement établies, je désignerai dorénavant l’air déphlogistiqué ou air éminemment respirable dans l’état decombinaison et de fixité, par le nom de principe acidifiant, ou, si l’on aime mieux la même signification sous un mot grec, par celui de principe oxygine, cette dénomination sauvera les périphrases, mettra plus de rigueur dans ma manière de m’exprimer, et évitera les équivoques dans lesquelles on serait exposé à tomber sans cesse, si je me servais du mot d’air."
Un mot grec, oxygine, "principe des acides", vient donc chasser un autre mot grec, phlogistique, "matière du feu". Il faudra encore quelques étapes avant que ce "principe oxygine" devienne "gaz oxygène".
C'est donc à une nouvelle chimie que Lavoisier invite les chimistes, ses contemporains. Il leur reste, dit-il "le champ le plus vaste à parcourir" car"il existe une partie de la chimie toute nouvelle et entièrement inconnue jusqu’à ce jour, et qui ne sera complète que lorsqu’on sera parvenu à déterminer le degré d’affinité de ce principe (l'oxygine) avec toutes les substances avec lesquelles il est susceptible de se combiner, et à connaître les différentes espèces de composés qui en résultent."
Quand naît l'oxygène.
En l'année 1787 est présentée à l'Académie des Sciences la Méthode de Nomenclature chimique présentée par Guyton de Morveau, Lavoisier, Berthollet et Fourcroy. Leur choix : construire cette nomenclature autour du gaz jusqu'à présent qualifié d'air vital ou principe oxygine. Et d'abord lui donner son nom définitif.
"nous avons satisfait à ces conditions, déclarait Guyton de Morveau dans sa présentation, en adoptant l'expression oxygène, en la tirant, comme M. Lavoisier l'a dès longtemps proposé, du grec οξνς, acide & γείυομαι, j'engendre, à cause de la propriété bien constante de ce principe, base de l'air vital, de porter un grand nombre de substances avec lesquelles il s'unit à l'état d'acide, ou plutôt parce qu'il paraît être un principe nécessaire à l'acidité. Nous dirons donc que l'air vital est le gaz oxygène, que l'oxygène s'unit au soufre, au phosphore pendant la combustion, aux métaux pendant la calcination, etc. Ce langage sera tout à la fois clair et exact. "
Notons cette date : 2 mai 1787. Pour la première fois le mot oxygènevient d'être prononcé dans l'enceinte prestigieuse de l'Académie Royale des Sciences et avec lui, le même jour, les mots oxyde, carbone, carbonique, carbonate…
Les alchimistes ont été violemment dénigrés par les chimistes, leurs successeurs. On cite couramment le chimiste Pierre Joseph Macquer (1718-1784) comme l’un des "pères" de la chimie moderne. Attaché à défendre le statut académique de cette science, il choisit de mettre en évidence la façon dont elle a rompu avec les anciennes méthodes. Sa cible est la vieille "chymie" que ses contemporains, ont pris l’habitude de désigner par le nom "d’alchimie", pour bien différencier leur propre science de la pratique médiévale dont ils refusent l’héritage.
Macquer va même jusqu’à regretter le reste de filiation qui s’exprime dans ce nom de chimie ou "chymie" partagé par les deux disciplines. C’est un mal, écrit-il " pour une fille pleine d’esprit et de raison, mais fort peu connue, de porter le nom d’une mère fameuse pour ses inepties et ses extravagances".
N’y a-t-il cependant pas une certaine ingratitude à renier ces prédécesseurs qui leur ont transmis, entre autres héritages, la doctrine des quatre éléments en donnant à ceux-ci une représentation symbolique simplifiée à base de triangles :
Ceux-ci seront conservés par les chimistes jusqu’à la fin du 18ème siècle. On les trouve même encore représentés dans la "Méthode de Nomenclature Chimique", nouvelle bible de la chimie moderne, publiée en 1787 par Guyton de Morveau, Lavoisier, Berthollet et Fourcroy.
Les symboles alchimiques.
L’alchimie est le domaine des symboles. Elle les a reçus d’antiques traditions issues de la Mésopotamie, de l’Assyrie, de la Perse, de l’Egypte et même la Chine ou l’Inde.
Nous avons retenu sa représentation des quatre éléments par une série de triangles.
Nous pouvons y ajouter les trois principes métalliques :
le soufre
le mercure
le sel
Ces principes sont un apport de l'alchimie arabe (notamment par Geber. Ils sont sont d'abord au nombre de deux : le Mercure (passif, froid, malléable, volatil), qui est un principe féminin, et le Soufre (actif, chaud, dur), qui est un principe masculin. Un troisième principe est ajouté par Paracelse (1493-1541) : le Sel qui permet d'unir le soufre et le mercure.
Les métaux sont représentés par les signes représentant les Planètes :
Quant aux différentes opérations de l’alchimie, elles sont souvent illustrées par les signes du zodiaque.
Il est certain que l’un des objectifs de ce symbolisme est de rebuter le profane. Glauber, proposant de donner la recette de "La teinture de l’or ou véritable or potable" l’annonce d’emblée :
"La connaissance et la préparation de cette médecine m’étant donnée du très-haut, je prétends, à cause que l’homme n’est pas né pour lui seul, de donner brièvement sa préparation et son usage, mais je ne veux pas jeter les perles devant les pourceaux, j’en veux seulement montrer le chemin aux étudieux, et qui cherchent le travail de Dieu et Nature ; et sans doute ils entendront mes écrits, mais non point un ignorant et qui n’est point expert"(Glauber Jean-Rudolphe, La teinture de l’or ou véritable or potable, Paris 1659)
Cependant il est certain que ce ne sont pas les symboles qui sont les plus hermétiques dans les textes alchimiques mais l’usage qui en est fait. Ils peuvent même donner une allure de rationalité à un texte qui devient de plus en plus ténébreux au fil des pages. Rien d’étonnant donc à ce qu’ils survivent à l’alchimie et qu’on les retrouve même chez Macquer, son pourfendeur.
Pierre-Joseph Macquer, Eléments de Chimie théorique, Paris 1749.
Ils figureront également sur une planche de l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert.
Encyclopédie de Diderot de D’Alembert (Planche chymie)
En complément de la "Méthode de Nomenclature Chimique" (1787), Jean-Henry Hassenfratz (1755-1827) et Pierre Auguste Adet (1763-1834) proposent eux-mêmes un nouveau symbolisme adapté à la nouvelle façon de nommer et de penser.
Ce faisant ils réinterprètent le symbolisme alchimique à la lumière d’une rationalité qui n’était probablement pas celle des premiers chymistes :
"Il paraît qu’on ignore dans quels temps les chimistes ont commencé à se servir de caractères. Les recherches que nous avons entreprises sur cet objet se sont réduites à nous faire connaître d’après quelles vues les anciens avaient ordonné les signes des substances métalliques, dans la persuasion où ils étaient que les corps célestes avaient une influence sensible sur tous les corps animés et inanimés du globe terrestre ; ils avaient distingué les métaux, en métaux solaires ou colorés, en métaux lunaires ou blancs.
Les métaux de ces deux classes se subdivisaient ensuite en métaux parfaits, demi-parfaits et imparfaits ; la perfection étant exprimée par un cercle ; la demi-perfection, si nous pouvons nous servir de ce terme, par un demi-cercle ; et l’imperfection par une croix ou un dard.
Ainsi l’or, qui était le métal solaire par excellence, était représenté par un cercle seul, cette figure était commune aux métaux de la même classe tels que le cuivre, le fer, l’antimoine : mais elle se trouvait combinée avec le signe de l’imperfection.
L’argent qu’ils regardaient comme un métal lunaire demi-parfait était indiqué par un demi-cercle, l’étain, le plomb avaient aussi le demi-cercle pour signe, comme appartenant à la même classe, mais ils étaient distingués de l’argent par la croix ou par le dard.
Enfin le mercure qui était un métal imparfait, tout à la fois solaire et lunaire, portait les marques distinctives de ces deux classes, et était désigné par un cercle surmonté d’un demi-cercle auxquels on ajoutait une croix."
Extrait du tableau des nouveaux caractères chimiques, très inspiré des signes alchimiques, de Hassenfratz et Adet. Méthode de Nomenclature Chimique" (1787)
Quoi qu’il en soit, cette rationalité imaginée leur servira de guide pour proposer un symbolisme "moderne". Ils conserveront le cercle pour les substances "métalliques" comme le mercure, le demi-cercle pour représenter les substances ’inflammables" comme le soufre, le triangle dont la pointe est en haut pour représenter les substances "alcalines" et le triangle dont la pointe est en bas pour les substances "terreuses".
Ce symbolisme n’aura pas le même succès que la nomenclature qu’il était supposé illustrer.
Nous ne retracerons pas ici le combat de Lavoisier et des "chimistes français", ses collaborateurs, contre la théorie du Phlogistique qui les amène, en caractérisant et nommant l’oxygène, à proposer une nouvelle nomenclature chimique construite autour des propriétés de cet élément.
Reprise et perfectionnée par Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) elle prendra la forme que nous connaissons aujourd’hui. Nous en reparlerons mais auparavant une nouveau regard sur les corps chimiques mérite d'être évoqué : l'atomisme.
Pourquoi avons-nous tant de mal à changer nos styles de vie alors que plus personne ne peut nier que notre modèle de développement a un impact destructeur sur le plan écologique et social ni douter de l’intensité des violences infligées aux animaux ?
Relever ce défi implique de combler l’écart entre la théorie et la pratique en développant une éthique des vertus. Au lieu de se focaliser sur les principes ou sur les conséquences de nos actes, celle-ci s’intéresse à nos motivations concrètes, c’est-à-dire aux représentations et aux affects qui nous poussent à agir. Quels traits moraux peuvent nous conduire à être sobres et à avoir du plaisir à faire le bien, au lieu d’être constamment déchirés entre le bonheur et le devoir ?
L’éthique de la considération prend sa source dans les morales antiques, mais elle rejette leur essentialisme et s’appuie sur l’humilité et sur la vulnérabilité. Alors que Bernard de Clairvaux fait reposer la considération sur une expérience de l’incommensurable supposant la foi, Corine Pelluchon la définit par la transdescendance. Celle-ci désigne un mouvement d’approfondissement de soi-même permettant au sujet d’éprouver le lien l’unissant aux autres vivants et de transformer la conscience de son appartenance au monde commun en savoir vécu et en engagement. La considération est l’attitude globale sur laquelle les vertus se fondent au cours d’un processus d’individuation dont l’auteur décrit les étapes.
De livre en livre, la philosophe insiste sur la nécessité de faire place aux autres, humains et animaux. Pour, enfin, hâter la transformation de soi et de la société, au centre de son nouvel essai.
NOUS AVONS L’HABITUDE de séparer. Nous dissocions, notamment, vie intime et vie sociale, raison et émotions, humains et animaux… L’éthique de la considération veut, au contraire, les réunir, opérer le passage de la théorie à la pratique, de la pensée à l’action, et aider les individus à sortir du nihilisme pour préparer « l’âge du vivant ». Car « c’est dans la conscience individuelle que la société joue son destin », indique la première phrase du livre.
Cette « considération » consiste, avant tout, à regarder avec attention ce que l’on est soi-même, ce que sont les autres vivants, et le monde commun qui nous unit, indépendamment des attributs sociaux et des oripeaux de convention. Au terme du périple, séparations, clivages et morcellements s’estompent ou s’évanouissent : « Incluant le souci des autres et de la nature dans le souci de soi, le sujet s’élargit et se perçoit comme une partie de l’univers. »
Cet essai exigeant, dense et ambitieux, vaut d’être lu. Il convoque tour à tour philosophes antiques et classiques, éthique des vertus, théorie politique, psychologie et écologie pour repenser – autour de ce « sujet élargi » attentif au « monde commun » – ces questions vitales : environnement, cause animale, démocratie. Même si on ne partage pas tous les engagements et partis pris exposés, cette tentative est trop rare pour être ignorée. Et quelques formules méritent une postérité. Par exemple : « On ne se répare vraiment qu’au-delà de soi. » p r.-p. d.
Nous poursuivons notre chemin à la rencontre de tous ces femmes et ces hommes habités par la même obsédante question du fonctionnement du monde naturel.
Nous y avons rencontréEmpédocle, le poète, le prophète.Platon, le géomètre puisAristoteetHippocrate . Nous avons rencontré le monde des alchimistes. voici Van-Helmont leur successeur immédiat.
Jean-Baptiste Van-Helmont (1579-1644) est né à Bruxelles, alors ville des Pays-Bas espagnols. Après des études de philosophie à l'université du duché de Brabant, il étudie l'astronomie, l'algèbre, la géométrie. Il se tourne ensuite vers la médecine dont il obtient le diplôme en 1599. Il rejette les enseignements de Hippocrate et de Galien. La vraie médecine, affirme-t-il, "ne consiste pas en des formes visibles et externes, ni en des qualités contraires et superficielles de chaud, de froid, d'humide et de sec, dont on amuse les malades aujourd'hui". Il s'inspire de la médecine pratiquée par Paracelse (1493-1541) faisant intervenir des remèdes essentiellement issus du monde minéral. La vraie médecine, écrit-il, "consiste à bien connaître les maladies, et les savoir guérir par des remèdes convenables et appropriés. Qui opèrent non parce qu'ils sont chauds ou froids, amers, acres, acides, austères, e&c... Mais par des propriétés spécifiques, cachées dans l'intérieur des pierres, minéraux, métaux, végétaux, e&t, d'où elles ne peuvent pas bien être tirées sans l'aide le la véritable chimie".
Van Helmont, qui se disait "philosophe par le feu", occupe une part capitale, soulignée par Lavoisier, dans la naissance de la chimie académique. Pourtant c'est d'abord un adepte de la pensée alchimique. Ce qui lui vaudra, en 1634, d'être inquiété par l'Inquisition, très active dans cette possession espagnole.
L'alchimiste blasphémateur.
La raison officielle de ce procès pour "hérésie, blasphème, impiété et magie", est l'une de ses publications, "De magnetica", où il est fait mention d'un remède attribué à Paracelse, "l'onguent des armes" (unguentum armarium).
Si un homme est blessé et que l'on possède l'arme responsable, il suffira d'enduire celle-ci de cet onguent pour que le blessé, même séparé d'une très grande distance, guérisse. L'onguent n'est évidemment pas ordinaire. Pour le préparer il faut deux onces d'usnea, la mousse qui se forme sur un crâne humain exposé à l'air. Ajoutez autant de graisse humaine et de poudre de momie. Diluez par une demi-once de sang humain, de l'huile de lin, de la térébenthine. Rajoutez, pour la consistance, une once de l'argile fine appelée bol d'Arménie et qui sert à lisser le bois et les parchemins avant dorure.
Un remède préparé avec un tel raffinement ne pouvait être qu'efficace. Il n'est effectivement pas mis en doute par la majorité des praticiens du moment. Mais comment est-il supposé agir ? Van Helmont fait partie de ces partisans d'une "magie naturelle" qui, sans refuser l'existence de phénomènes étranges, cherche à les expliquer par des raisons "physiques" et non pas mystiques. Concernant l'action à distance de l'onguent armaire, elle s'expliquerait par l'existence, chez les hommes et les animaux, d'un "magnétisme animal" qui aurait son siège dans le sang. Chez l'homme cette force se serait assoupie mais elle pourrait être réactivée par la seule volonté et l'imagination et agir ainsi sur un objet ou une personne éloignés, comme la Terre le fait sur la boussole.
Extravagant ? Près de deux siècles plus tard, en plein siècle des lumières, le médecin allemand Franz-Anton Mesmer fera renaître le "magnétisme animal" et attirera la bonne société européenne autour de ses "baquets". Il faudra un rapport des académiciens français, et parmi eux Lavoisier, pour mettre à mal la pratique et constater que l'imagination peut guérir mais que "le magnétisme sans imagination ne peut rien".
Ce n'est donc pas ce type de croyance, largement partagée par la société savante de l'époque, qui pouvait mettre en alerte le tribunal de l'Inquisition. Plus inquiétante était la prétention de Van Helmont d'étendre le raisonnement aux guérisons miraculeuses, en particulier celles provoquées par les reliques. Celles-ci conserveraient des traces de leur magnétisme animal qui serait réactivé par la foi des croyants. Avec une telle explication, Dieu et les Saints agiraient suivant les lois de la Nature et y perdraient leur pouvoir surnaturel.
La citation à paraître du tribunal de l'Inquisition était sur ce point explicite, le "De Magnetica" de Van Helmont était rempli "d'une quasi-infinité d'exemples pris au domaine même de la magie diabolique qui sont présentés comme naturels […] Il recouvre tout de ténèbres à tel point que l'on ne peut distinguer l'opération de Dieu, de la nature et du diable…"
Inquiétant aussi le fait que ces alchimistes de la fin du XVème siècle dissimulaient leur doctrine sous les mots des évangiles. "N'est-ce pas un blasphème d'appliquer le mystère de notre foi a des affaires chimiques" interrogeait l'un des juges du tribunal ecclésiastique.
Etant issu d'une famille de notables, Van Helmont échappera au sort de Giordano Bruno à Rome (1600) et de Lucilio Vanini à Toulouse (1619), tous deux condamnés au bucher pour hérétisme. Il ne finira pas, non plus, sa vie, comme Galilée, dans une prison ecclésiastique.
Son tempérament "hérétique" continuera à se manifester par son refus de l'orthodoxie jusque dans ses opinions chimiques. Ce sont elles qui nous ramènent, après cette digression, au sujet principal de notre récit qui est la traque de ce corps qu'un jour nous désignerons par la formule CO2.
Les anciens se sont trompés : il n'existe qu'un seul élément !
L'ensemble des œuvres de Van Helmont a été publié en 1648 par son fils François-Mercure (1614-1698) lui-même médecin et alchimiste. Elles sont traduites en 1670 à Lyon, par Jean le Conte sous le titre "Œuvres de Jean Baptiste Van Helmont traitant des principes de médecine et de physique pour la guérison assurée des maladies". Elles se signalent par une violente opposition à la théorie des quatre éléments de Platon et Aristote qui est encore, à cette époque, à la base de toute réflexion sur la matière ainsi que le fondement de la médecine issue de Hippocrate et Galien. Les Ecoles et "leur" Aristote, tels sont les ennemis qu'il entend combattre.
"Les Anciens, dit-il, ont établi les quatre éléments pour fondement de la nature, & attribuent toutes leurs opérations aux qualités et aux complexions qui résultent de leur mélange." Mais objecte-t-il " L'honneur de dieu, ni l'exigence des hommes, ne demandaient pas qu'il y eût de la guerre, du divorce, ni du combat entre les éléments ; ni qu'ils se dussent mourir, ni transmuer les uns aux autres et encore moins se détruire violemment".
Aussi ajoute-t-il : "Comme cette doctrine a été nourrie et continuée dans les écoles de siècle en siècle, pour l'enseignement de la jeunesse au préjudice des mortels, aussi faut-il tâcher d'en réprimer l'abus afin qu'on puisse dorénavant reconnaître les erreurs qui se sont glissées par-là envers la cause des maladies."
Pour Van Helmont, ce ne sont pas quatre mais un seul élément qui génère l'ensemble des corps. Tous, animaux, végétaux et minéraux sont faits uniquement d'eau !
Tous les corps, dit-il, qu'on a cru être mixte, "de quelle nature qu'ils puissent être, opaques ou transparents, solides ou liquides, semblables ou dissemblables (comme pierre, soufre, métal, miel, cire, huile, cerveau, cartilages, bois, écorce, feuilles, etc.) sont matériellement composés de l'eau simple et peuvent être totalement réduits en eau insipide sans qu'il y reste la moindre chose du monde de terrestre".
C'était aussi l'opinion de Thalès de Milet (-625; -647) l'un des sept sages de la Grèce antique. Mais Van helmont ne se contente pas de l'affirmer, il le prouve ! Et ceci en faisant appel à l'expérience. Celle-ci présente un lien direct avec notre sujet, elle concerne la croissance des végétaux.
Van Helmont décrit (page 101) sa manière de procéder. "l'Auteur", écrit-il, "prit un grand vase de terre, auquel il mit 200 livres de terre desséchée au four qu'il humecta avec de l'eau de pluie. Puis il y planta un tronc de saule qui pesait cinq livres. Cinq années après le saule, qui avait cru en ladite terre, fut arraché et se trouva pesant de 169 livres et environ 3 onces de plus.
Le vaisseau était fort ample, enfoncé en terre, et couvert d'une lame de fer blanc étamé percé, en forme de crible, de force petits trous afin qu'il n'y ait que l'eau de pluie ou l'eau distillée seule (de laquelle la terre du vaisseau était arrosée lorsqu'il en faisait besoin) qui y puisse découler. Les feuilles ne furent point pesées parce que c'était en automne quand les feuilles tombent que l'arbre fut arraché.
Il fit derechef resécher la terre du vase et la terre ne se trouva diminuée que d'environ deux onces qui s'étaient puperdre en vidant ou emplissant le vaisseau. Donc il y avait 164 livres de bois, d'écorce et de racines qui étaient venues de l'eau."
De même dit-il "La terre, la fange, la boue, & tout autre corps tangible tirent leur véritable matière de l'eau et retournent en eau tant naturellement que par art".
D'autres observations confortent cette opinion. Les alchimistes, dans leur quête de la Pierre Philosophale et de l'Elixir de longue vie, ont découvert et utilisé les solvants radicaux que sont les acides : l'acide chlorhydrique ou esprit de sel, l'acide sulfurique ou huile de vitriol, l'acide nitrique ou eau forte et enfin "l'eau régale", mélange d'acide sulfurique et d'acide nitrique, capable de dissoudre le métal royal qui résiste aux autres acides : l'or. L'Alkaest, l'acide mythique de Paracelse serait même capable de dissoudre tous les corps. Les pierres, les cailloux, nous dit Von Helmont, "sont convertis en sels par l'Alkaest de Paracelse et finalement réduits en eau élémentaire et insipide. Ce que les Ecoles n'ont pas pu apprendre à cause du mépris qu'elles ont fait de la chimie."
Dans ces premiers temps de la chimie, il n'était pas choquant de voir la dissolution des minéraux et des métaux par les acides interprétée comme un retour à l'état d'eau. A ce sujet il faut remarquer que l'eau de Van Helmont n'est pas ce liquide incolore, inodore et sans saveur que nous connaissons. Voulant expliquer la formation de vapeurs, il précise que pour bien comprendre le processus "il est nécessaire de supposer au corps de l'eau trois principes qui sont le sel, le soufre et le mercure, quoi qu'ils ne soient qu'imaginairement". Son eau sent trop le soufre alchimique pour convaincre les doctes dépositaires des enseignements d'Aristote. Les seuls tolérés par les autorités ecclésiastiques.
Les "écoles" et la doctrine des quatre éléments ont donc survécu à Van Helmont. Cependant sa théorie n'a pas été oubliée. C'est ainsi que, sans aller jusqu'à considérer que tous les corps sont issus de l'eau, l'idée que l'eau pouvait se transformer en terre avait conservé un crédit suffisant pour que, plus de deux siècles plus tard, Lavoisier se sente obligé de prouver le contraire.
Lavoisier et la contestation de la transmutation de l'eau en terre.
Le premier auteur qu'il juge nécessaire de citer est Jean-Baptiste van Helmont dont il reconnait qu'il a été le premier à réaliser des "expériences remarquables" sur la végétation. Il rappelle l'expérience du saule, uniquement arrosé par de l'eau de pluie et de l'eau distillée et dont la masse avait augmenté de 164 livres en cinq ans. Il énumère ensuite la longue liste d'expériences analogues. Celles de l'Irlandais Robert Boyle (1627-1691) qui, par la même méthode, avait fait croître des courges et des concombres ou encore des menthes qui, malgré ce traitement, étaient "aussi parfumées que celles qui avaient été nourries en pleine terre". Dans les mémoires de l'Académie de Saint-Pétersbourg, on peut même lire qu'un auteur "a semé de l'avoine et du chènevis dans du sable desséché, dans des morceaux de papier déchirés, dans des pièces d'étoffe de laine, dans du foin haché" et que n'ayant humecté ces semences qu'avec de l'eau pure "il a remarqué qu'elles avaient végété aussi promptement, et à peu près aussi heureusement, que celles qui avaient été semées en pleine terre". L'observation ne nous étonnera pas quand on sait que beaucoup des fraises, tomates et autres fruits et légumes qui alimentent aujourd'hui nos marchés sont produits "hors-sol" sur de la laine de roche ou autre support préalablement stérilisé.
Lavoisier accepte l'évidence. Les faits observés par des observateurs aussi célèbres sont si constants et si multipliés, qu'on "serait peut-être en droit de conclure", écrit-il, "que la terre qui environne les plantes n'est qu'accidentelle à la végétation, qu'elle ne passe pas dans les filières des végétaux, en un mot, qu'elle ne concourt pas par sa propre substance à l'accroissement des plantes et à la formation de leur partie solide".
C'est, clairement exposée par Lavoisier, une des contributions majeures de Van Helmont à la compréhension de la végétation : ce n'est pas de la terre que les plantes tirent leur matière.
Cette conclusion rompt avec le sens commun. Pour le laboureur, c'est bien la terre, enrichie de fumier, qui est la nourriture du blé qu'il a semé. Van Helmont prouve le contraire et il faudra attendre le milieu du 19ème siècle pour que l'Allemand Justus von Liebig démontre que, s'il est vrai que la terre a, pour les plantes, essentiellement un rôle de support, elle leur apporte aussi les sels minéraux solubles qui s'y trouvent et qui, même en faible quantité, sont nécessaires à leur croissance. Dans le même temps les biologistes découvrent que la terre est le milieu de vie d'une multitude d'insectes, de vers, de micro-organismes qui sont les intermédiaires indispensables à la croissance des plantes.
Lavoisier qui reconnaît la justesse de l'observation de Van Helmont n'accepte cependant pas l'idée "que l'eau se transforme véritablement en terre par l'opération de la végétation", car, dit-il, cela "répugne même à l'idée qu'on a coutume de se former de l'eau, et, en général de tous les éléments".
Il lui faudra encore quelques années pour établir la véritable composition de l'eau, en attendant il souhaite prouver que l'eau ne peut se transformer en terre.
D'autres auteurs ont voulu prouver le contraire. Lavoisier cite Robert Boyle qui ayant distillé la même eau 200 fois dans un alambic de verre aurait obtenu "6 dragmes de terre blanche, légère, insipide et indissoluble dans l'eau" à partir de 1 once d'eau, ce qui amenait l'auteur britannique à considérer que l'eau pouvait se transformer en terre.
Plutôt que de refaire, comme Boyle, une multitude de distillations, Lavoisier imagine une méthode bien plus commode. C'est, dit-il "en me servant du Pélican des alchimistes". Cet alambic a la particularité d'avoir un col dont l'extrémité s'ouvre dans le corps même de l'appareil, à l'image de l'oiseau mythique qui va chercher dans ses entrailles la nourriture de ses oisillons. Les alchimistes s'en servaient pour de longues "digestions".
Pélican : les deux branches (D) du chapiteau (B) retourne dans le ventre de la cucurbite (A).
Macquer, Eléments de Chimie Théorique, 1749.
Lavoisier, méticuleux, annonce qu'il a commencé cette expérience le 24 octobre 1768. Le chauffage est maintenu pendant plus de 25 jours et Lavoisier dit avoir commencé à désespérer quand, le 20 décembre il aperçoit dans le liquide une quantité importante de "petits corps flottants" qui, en utilisant une loupe apparaissaient comme des lames de terre grisâtre.
L'expérience est menée jusqu'au premier février. Lavoisier dispose de balances de grande précision qui lui permettent de constater que le poids de l'ensemble n'a pas varié. Avec un luxe de précautions, il pèse séparément l'eau, le dépôt terreux et le pélican pour observer que le poids de l'eau n'a pas varié. Par contre le poids du pélican a diminué de l'exact poids de la "terre" recueillie.
Conclusion : "la terre que MM. Boyle, Eller et Margraff ont retirée de l'eau n'était autre chose que du verre rapproché par évaporation ; de sorte que les expériences dont ces physiciens se sont appuyés, loin de prouver la possibilité du changement d'eau en terre, conduiraient plutôt à penser qu'elle est inaltérable".
En quittant Van Helmont et Lavoisier nous savons que c'est l'eau et non la terre qui fait croître les plantes.
L'eau seule ? Quand les plantes meurent elles se transforment en une sorte de terre, un terreau. La question reste donc posée : d'où vient la matière qui constitue ce terreau. Car Lavoisier l'a prouvé, ce n'est pas l'eau absorbée par les plantes qui s'est transformée en terre.
Nous découvrirons, dans les chapitres à venir, la façon dont chimistes et biologistes ont compris le rôle conjugué de l'eau et de l'air (du moins d'un gaz qui y est présent) dans la croissance des plantes. Van Helmont sera, à nouveau, de ceux qui les mettront sur la voie et ceci par une série d'observations dont Lavoisier, lui-même, reconnaîtra l'importance.
Le "gas silvestre", la vraie découverte de Van Helmont.
Dans le premier chapitre de ses Opuscules physiques et chimiques datés de 1774, Lavoisier traite "Du fluide élastique désigné sous le nom de spiritus silvestre jusqu'à Paracelse et sous le nom de gas par Van Helmont".
Van Helmont observe que tous les corps ne se transforment pas immédiatement en eau. L'exemple le plus remarquable est celui du charbon dont il affirme que, pendant sa combustion, il libère un "esprit sauvage nommé gas". Cet esprit constituerait d'ailleurs l'essentiel du charbon, car, dit-il "soixante deux livres de charbons consumés ne laissent guère plus d'une livre de cendres. Donc les soixante livres de surplus ne seront qu'esprit". (p 99 )
Lavoisier relève que ce mot "gas" vient du mot hollandais ghoast qui signifie esprit. Il ajoute que les Anglais "expriment la même idée par le mot ghost et les Allemands par le mot geist".
Ce gas silvestre, cet esprit sauvage, Van Helmont le retrouve dans une multitude d'observations. Il se dégage dans les fermentations du vin, de l'hydromel, du pain qui lève. Il s'échappe de la poudre à canon qui s'enflamme.
Hélas ce "gas" fait une entrée peu chaleureuse dans l'univers chimique. C'est à lui que Van Helmont attribue, avec justesse, les effets funestes de la grotte du chien dans la région de Naples, les suffocations des ouvriers dans les mines ou des vignerons dans les celliers où le vin fermente.
On est étonné, dit Lavoisier, de trouver chez Van Helmont "une infinité de vérités qu'on a coutume de regarder comme plus modernes et on ne peut s'empêcher de reconnaître que Van Helmont avait dit dès lors tout ce que nous savons de mieux sur cette matière". C'est un sentiment qu'une lectrice ou un lecteur, relisant, encore aujourd'hui, les écrits de Van Helmont, ne pourraient que partager.
Hommage rendu à Van Helmont : l'adoption du mot gaz.
Dans le premier chapitre de son Traité élémentaire de chimie publié en 1789 Lavoisier expose sa conception des trois états de la matière : "presque tous les corps de la Nature sont susceptibles d'exister sous trois états différents ; dans l'état de solidité, dans l'état de liquidité et dans l'état aériforme […] Je désignerai dorénavant ces fluides aériformes sous le nom générique de gaz"
Le mot gaz, exotique pour les oreilles françaises des contemporains de Lavoisier, exprimera donc ce troisième état de la matière jusqu'alors défini d'une façon ambiguë par le terme de "aériforme". Il fait, à présent, tellement partie de notre vocabulaire quotidien qu'il est difficile d'imaginer qu'il n'était utilisé, il y a deux siècles, que par quelques chimistes novateurs.
Soulignons le encore, avant de le quitter : Van Helmont est une étape importante dans la compréhension du mécanisme de la végétation. Il y montre le rôle fondamental de l'eau et le peu d'intervention de la terre. Surtout, il met en évidence cette émanation qui est la première à laquelle est donnée le nom de gas et qui, nous le verrons, sera reconnu comme un gaz d'importance vitale : le dioxyde de carbone, CO2..
Le livre a été retenu dans la sélection du Prix "Lire pour demain".
Le prix se veut le reflet de la diversité des approches, contenus, analyses, mais aussi des types d’écrits (essais, biographies, fictions, documentaires, bandes dessinées…) et des genres littéraires traitant des questions environnementales. Chaque lycée participant reçoit deux séries d’ouvrages des six livres sélectionnés. Les enseignants et documentalistes impliqués dans le projet se l’approprient de la manière qui leur semble la plus adéquate en fonction du temps, du niveau de lecture des élèves, de leur motivation, des disciplines concernées. Les travaux autour de la sélection sont divers et variés : fiches de lecture, moments de lecture groupée, affiches, théâtre, petits films, animation de blog, rédaction d’articles pour le journal du lycée… Etc. Chaque classe participante vote (généralement à la fin du mois de mars) pour ses trois livres préférés, dont son « coup de cœur ». Une remise du prix a ensuite lieu à Lyon (en mai) sous forme de rencontre entre auteurs, lycéens, MEML et MNEI.
L’objectif du prix :
> Sensibiliser les lycéens aux questions environnementales à travers l’écrit. > Favoriser l’acquisition d’une culture environnementale complexe et globale au travers de la découverte de livres et d’auteurs sur des thématiques environnementales prises au sens large. > Développer une dimension culturelle et citoyenne en favorisant le débat, la réflexion, l’argumentation, la prise de décision des lycéens. > Valoriser l’activité menée par les lycéens : faire lire et écrire les lycéens autour des ouvrages sélectionnés par eux, leur donner la possibilité de faire partager leurs choix auprès de leurs camarades en les plaçant en position de « prescripteurs » auprès des CDI des établissements de la Région. > Favoriser si possible des échanges / activités entre disciplines : philosophie, SVT, Histoire-Géographie, SES, Lettres, ESC, documentation…
Les transports collectifs sont gratuits par suite des pics de pollution, pourtant le ciel est bleu dans ma banlieue et la température plutôt clémente pour un jour de décembre. Une amie qui vient d’atterrir à Roissy me décrit la chape de plomb sur la capitale, on croit qu’il fait beau mais au-dessus se tient le terrible nœud de toutes les pollutions et nuisances. La presse dénonce les voitures et les (rares) ménages qui se chauffent au bois, c’est bien peu. Gérard Borvon, dans un court ouvrage incisif et remarquablement documenté, nous explique pourquoi Respirer tue et comment agir contre la pollution de l’air. Le poison est connu et résulte du productivisme : pesticides, oxydes d’azote, ozone, particules fines, composés benzé- niques…Le ministère de la Santé déplore 42 000 morts chaque année, victimes de la pollution de l’air. La France semble fière d’être dans le peloton de tête des consommateurs de pesticides, aux terribles conséquences, surtout pour les produits classés cmr (cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques).
Une pomme subit de 30 à 50 traitements chimiques avant la récolte pour être présentable sur l’étal du supermarché… L’épandage aérien (qui bénéficie de sournoises dérogations accordées par le trio Le Foll-Royal-Touraine) ignore les limites du champ et touche les crèches, écoles et habitations voisines. Les lobbyistes s’activent à Bruxelles pour légalement polluer non seulement le sol, mais aussi le vivant, dont les humains. Les effets mutagènes et cancérigènes des pesticides à base de glyphosate sont dorénavant démontrés, sans pour autant que ces produits soient interdits.
C’est après le tabac et l’alcool, la troisième cause de mortalité dans notre pays : la pollution de l’air, extérieure mais aussi intérieure serait chaque année responsable de 48 000 décès prématurés en France dont 2000 en Bretagne. L’Heure du débat fait le point dimanche 23 avril.
Par Isabelle Rettig avec E.C. Cliquer sur l’image
La qualité de l’air aurait un impact notable sur notre espérance de vie. Dans le monde, 7 millions de décès seraient imputables à la pollution de l’air.
Transport, chauffage, industrie, agriculture, nous émettons beaucoup trop d’oxydes d’azote ou de particules fines responsables aujourd’hui de nombreux problèmes de santé, de l’asthme aux maladies cardiovasculaires, en passant par des insuffisances respiratoires voire des cancers.
En Bretagne, respire-t-on mieux qu’ailleurs ?
Quelles solutions faut-il mettre en place pour lutter efficacement contre ce mal sournois, devenu aujourd’hui un véritable enjeu de société ?
Pour tenter de répondre à cette question, plusieurs invités prendront la parole sur le plateau de l’Heure du débat, dimanche 23 avril à 11 h : Docteur Isabella Anessi-Maesano, directrice de recherche à l’INSERM, Frédéric Vénien, ancien president d’Air Breizh, l’association chargée de mesurer la qualité de l’air en Bretagne.
Gérard Borvon sera également présent. Ce militant écologiste du Finistère a publié un livre en 2016 : "Respirer tue, agir contre la pollution de l’air". Pierre Chasseray, délégué général de l’association 40 millions d’automobilistes viendra évoquer la pollution des transports, celle des voitures et des mesures qu’il faudrait mettre en place.
Gérard Borvon milite depuis longtemps pour la préservation de l’environnement. Cet enseignant de physique-chimie en Bretagne s’est mobilisé face à la pollution de l’eau. Dans ce livre, il dresse un inventaire de la pollution atmosphérique : pesticides, oxydes d’azote, ozone, particules fines... L’auteur s’alarme du dangereux cocktail que l’air transporte à nos poumons. Il appelle à l’action et rappelle que depuis la loi de 1996, l’État et les citoyens doivent concourir « à la mise en oeuvre du droit reconnu à chacun à respirer un air qui ne nuise pas à sa santé » .
« Il y a péril dans la biosphère », assure Gérard Borvon. Le scientifique et militant écologiste finistérien dresse, dans un petit ouvrage très pédagogique, un état des lieux préoccupant.
L’ère du méchant air
48 000 décès prématurés par an en France, selon l’agence de Santé publique. Les particules fines empoisonnent notre atmosphère. Jusqu’à produire, comme ce fut le cas durant les fêtes de fin d’année, une « neige de pollution » ! Ancien professeur de physique chimie en lycée et formateur en histoire des sciences à l’IUFM de Bretagne, Gérard Borvon vient de publier un essai au titre volontairement alarmiste : Respirer tue. Il y dresse un bilan inquiétant de la qualité de l’air, y compris en Bretagne et dénonce « les tours de passe-passe des experts et lobbies » pour minimiser ou relativiser le phénomène. Il propose aussi des solutions pour sortir au plus vite de cette « ère du méchant air. »
Les discours et les faits
« L’environnement, ça commence à bien faire , lâchait Nicolas Sarkozy quelques mois après le Grenelle de l’environnement, en 2008. « Le XXe siècle a été celui de l’hygiène bactériologique, le XXIe siècle doit être celui de l’hygiène chimique », professait François Hollande, lors de la Cop 21, à Paris. « Plus le propos est lyrique, plus on mesure le gouffre qui sépare le discours de la politique », écrit Gérard Borvon, constatant que qu’on continue à urbaniser des terres agricoles, à éventrer des espaces boisés qui conduiront encore plus de voitures dans des centres-villes déjà saturés, qu’on continue à épandre des engrais industriels, des lisiers et des pesticides « qui empoisonnent les rivières et rendent insalubre l’air que nous respirons. »
Le cas breton
À l’écoute des militants d’autres régions lorsqu’il siégeait au Comité de bassin Loire-Bretagne et au Comité national de l’eau, Gérard Borvon a pu constater que « la Bretagne n’est pas nécessairement la plus polluée. » Les grandes plaines céréalières, les régions productrices de fruits et les vignobles lui disputent plusieurs records. « Mais peu à peu, la conscience d’une source de pollution encore plus inquiétante que la pollution de l’eau s’est faite jour : celle du dangereux cocktail que l’air transporte jusqu’à nos poumons : pesticides, oxydes d’azote, ozone, particules fines ».
Des mesures insuffisantes
Lutter contre cette pollution, c’est d’abord bien la connaître, explique Gérard Borvon. On ne compte, en Bretagne, que huit points de mesure, dont trois seulement bénéficient du dispositif complet permettant d’établir l’indice de qualité de l’air Atmo, calculé pour les agglomérations de plus de 100 000 habitants à partir des concentrations de quatre polluants : le dioxyde de soufre, le dioxyde d’azote, l’ozone et les particules de diamètre inférieur à 10 micromètres, les fameux PM 10. Un réseau de contrôle « très insuffisant, car c’est sur l’ensemble du territoire que les habitants respirent un cocktail de pollutions générées par l’industrie, l’agriculture, le chauffage et les transports » rappelle Gérard Borvon. Soulignant aussi, qu’au-delà des pics qui conduisent les pouvoirs publics à prendre des mesures ponctuelles, c’est toute l’année que les populations sont exposées à une « pollution silencieuse » de l’air.
Respirer tue, agir contre la pollution de l’air. Gérard Borvon. Lemieux éditeur. 140 pages. 12 €.
Il y expose méthodiquement la dangerosité de la pollution de l’air en Bretagne, liée, en partie, à la propagation des pesticides. « En Bretagne, les gens pensent respirer un air sain grâce au vent soufflant fort dans la région, c’est faux ». MIlitant écologiste depuis plus de 40 ans, Gérard Borvon souhaite casser le mythe du bon air pur breton. Pendant longtemps, il s’est intéressé à la pollution de l’eau, au sein de l’association S-Eau-S et du Comité national de l’eau. Mais la cause ayant progressé, l’homme se penche désormais sur un débat plus actuel mais tout aussi épineux : la pollution de l’air.
Son dernier livre, intitulé « Respirer tue », revient de façon académique sur plusieurs épisodes de la recherche bretonne sur la pollution aux pesticides et les raisons pour lesquelles, selon l’ancien professeur de physique-chimie au lycée de l’Élorn, il convient maintenant « d’agir ». Selon Gérard Borvon, c’est en 1995, à Trémargat (Côtes-d’Armor), qu’une première prise de conscience de la dangerosité des pesticides dans l’air a eu lieu. À l’époque, des chercheurs de l’Inra de Rennes (Institut national de la recherche agronomique) ont l’idée de rechercher la trace de pesticides, non plus dans les ruisseaux et rivières, mais dans l’eau de pluie. Résultat : 80 % des échantillons dépassaient la norme maximale européenne. Si l’eau de pluie est contaminée, l’air n’y est donc pas pour rien. « C’est donc en permanence que l’on respire des pesticides en Bretagne », conclut le professeur.
Risques pour le foetus
Puis les scientifiques s’intéressent aux risques. L’étude Pélagie, de l’Inserm, entre 2002 et 2006 a mesuré l’impact des pesticides sur 3.500 femmes enceintes puis leurs enfants, en Bretagne. Cette fois, on y apprend que la présence de certains agents, même à des niveaux faibles, augmente les risques d’anomalie de croissance dans l’utérus.
Aujourd’hui, la pollution de l’air aux pesticides est notamment mesurée grâce à l’émission de particules fines. Les gens les connaissent sous le nom de PM10. Mais pour Gérard Borvon subsiste encore un problème : « Aujourd’hui, seules les villes de plus de 100.000 habitants ont l’obligation de mesurer la qualité de l’air et ces PM10. Alors qu’en vérité, les campagnes souffrent de la même pollution qu’à Saint-Brieuc ou Rennes », indique t-il, en précisant que « 60 % des émissions de particules fines viennent de l’agriculture ».
Informer davantage
Alors pour respirer mieux, l’auteur propose plusieurs pistes, comme privilégier le bio ou développer les transports en commun. Mais surtout, il appelle à informer davantage, en mesurant encore et encore la qualité de l’air, sur tout le territoire. « Si l’on a un pic de pollution à Brest, pourquoi penser que Landerneau n’est pas touché ? », souffle-t-il. Impossible de le savoir à l’heure qu’il est. Pour plus de données sur la qualité de l’air, des solutions existent, comme à Rennes, où, pendant deux ans, des citoyens, à l’aide de petits capteurs, vont effectuer eux-mêmes des mesures en centre-ville dans le cadre de l’opération Ambassad’Air. Ils en publieront les résultats librement, en open data. De quoi permettre d’informer un peu plus sur un fléau qui, selon l’Agence de santé publique, causerait la mort de 48.000 personnes par an.
Vous pouvez trouver le livre chez votre libraire habituel ou, à défaut, en vous adressant à l’auteur : Gérard Borvon 20 rue des frères Mazéas 29800 Landerneau En joignant un chèque de 15€ (12€ +3€ port) à votre demande.
Respirer, est-ce encore bien vivre ? C’est la question que nous allons poser, en compagnie de nos invités, Robert Barouki, toxicologue, directeur de l’unité INSERM « pharmacologie, toxicologie et signalisation cellulaire »,co-auteur du livre Toxique ? Santé et environnement : de l’alerte à la décision , paru chez Buchet-Chastel. Avec par téléphone, depuis Genève, le Dr Maria Neira, directeur du Département Santé publique et environnement à l’Organisation Mondiale de la Santé, à Genève depuis septembre 2005, ancienne Vice Ministre de la Santé et Présidente de l’Agence espagnole de Sécurité sanitaire des Aliments au Ministère espagnol de la Santé. Et en duplex de nos studios de Quimper (France Bleue Breizh Izel) , nous serons pour en parler en compagnie de Gérard Borvon, ancien enseignant de physique-chimie en lycée et formateur en histoire des sciences à l’IUFM de Bretagne. Il est l’auteur de Respirer tue. Agir contre la pollution de l’air Lemieux éditeur.
Intervenants
Gérard Borvon Robert Barouki : Toxicologue, directeur de l’unité INSERM « pharmacologie, toxicologie et signalisation cellulaire » Maria Neira : directeur du Département Santé publique et environnement à l’Organisation Mondiale de la Santé, à Genève (Suisse) Guilhem Lesaffre : naturaliste
Cet excellent thriller de Gérard Borvon ne fait pas dans la dentelle : il s’agit de démasquer un serial killer dont les victimes se comptent par centaines, non, pire que ça, par milliers ! Chez nous, en France, en 2016 !
Mais que fait la police ? que fait le gouvernement ? l’assassin court toujours, depuis des années....
Ce scélérat tue ses victimes par asphyxie, et ses méthodes sont implacables. le crime parfait, qui ne laisse pas de traces, car le procédé est légal, et invisible. Tous les jours, nous respirons un air de plus en plus toxique, ce qui entraine environ 48 000 décès prématurés par an EN FRANCE. Et couterait plusieurs milliards d’euros à l’Etat selon un rapport du Sénat en 2015.
Les substances en cause viennent de l’industrie, du trafic routier, mais aussi de l’épandage des produits généreusement pulvérisés sur nos belles campagnes : champs de céréales, vignobles, vergers, dont un important pourcentage se disperse dans l’air ambiant.
Vous vouliez quitter les miasmes de la ville pour respirer l’air pur de nos campagnes ? c’est raté si votre chaumière se trouve au milieu de zones cultivées. Sachez aussi que si la qualité de l’eau est très contrôlée depuis 1964, celle de l’air n’a eu droit à une loi qu’en 1996, en instituant des normes et des points de contrôle sur le territoire. Mais les crédits sont dérisoires et les moyens très insuffisants. Cinquante millions/an pour l’air, deux milliards pour les agences de l’eau. Huit points de mesure par exemple, pour toute la Bretagne !
Respirer un air sain est pourtant le premier besoin fondamental des êtres humains. Nous inhalons chaque jour, sans le savoir, des substances toxiques à doses très faibles, qui nuisent à notre santé. Cancers, maladies cardiaques et respiratoires, perturbation du système hormonal.
Ce phénomène est connu, prouvé, et pourtant des tonnes de pesticides sont toujours déversées, le trafic routier augmente, les industries polluent impunément.
Aaaaaaaaaaaaah, je crois que le serial killer essaie d’entrer chez moi par la fenêtre, vite, mon masque à gaz.....
92% de la population mondiale respire un air trop pollué : c’est la principale conclusion d’un rapport, intitulé Pollution de l’air ambiant : une évaluation globale de l’exposition de la charge de morbidité, publié par l’Organisation mondiale de la santé (OMS), mardi 27 septembre. Ce livre de Gérard Borvon, militant breton pour la protection de l’environnement, fait écho à cette situation alarmante.
De la Bretagne aux Antilles
Particules fines, résidus de pesticides ou encore composés benzéniques : Agir contre la pollution de l’air détaille les substance nocives qui passent, bien malgré-nous, dans nos poumons. Au travers des cas concrets antillais et bretons, le livre dresse l’incapacité des pouvoirs publics à agir efficacement pour lutter contre les pollutions, notamment issues de l’agriculture. Mais il ne manque pas aussi de souligner que des citoyens ou des villes ont su se mobiliser et obtenir des résultats positifs en matière d’amélioration de la qualité de l’air. Des résultats qui ne pourront être généralisés que si l’on change de modes de consommation. Et si l’on ouvre davantage la gestion des risques à la société civile.
" Qu'est-ce que l'électricité ? " La question a-t-elle trouvé sa réponse ?
L'histoire commence avec éclat quand Gilbert rencontre la propriété "magique" de l'ambre dans des matières aussi banales que le verre ou le soufre. Il franchissait ainsi les premières étapes de la construction d'une nouvelle branche du savoir : l'électricité.
Un nouveau pas est franchi quand la "vertu" électrique se concrétise sous la forme d'un "fluide" et quand Stephen Gray puis Dufay et Franklin établissent les notions de conducteur et d'isolant.
Un seul fluide comme le pensent Franklin et ses successeurs ? Deux fluides comme proposé par Dufay ? Il faudra plus d'un siècle et demi pour que l'existence de deux espèces d'électricité s'impose et que chacune trouve sa place respective dans l'atome : la négative dans les électrons, la positive dans les protons du noyau. Enfin un résultat stable !
Entre temps se sera posée la question de l'action externe de ce fluide. Gilbert avait su établir la barrière entre magnétisme et électricité et voilà que ces deux propriétés se rejoignent dans les propriétés électromagnétiques des courants électriques.
Et à nouveau revient la question des actions à distance qui avait opposé "newtoniens" et "cartésiens" dans le domaine de la mécanique céleste. Les premiers acceptant une action sans contact matériel. Les seconds imaginant d'invisibles engrenages sous forme de "tourbillons" de cet "éther" mystérieux dont on emplira l'espace à chaque fois qu'on voudra en exclure le vide.
Newton et ses successeurs avaient su imposer leur schéma d'actions à distance. Coulomb avait appliqué le modèle avec succès dans le domaine de l'électrostatique. Ampère en avait fait de même dans celui des effets électromagnétiques des courants. L'affaire semblait entendue : les actions électromagnétiques sont des actions "à distance".
C'est alors que Faraday vient, à nouveau, peupler l'espace d'un "éther" structuré en lignes de "champ". C'est en coupant ces lignes de champ, dit-il, et non par une action à distance qu'un conducteur est le siège d'une force électromotrice.
Quand Maxwell aura établi l'équation de propagation, dans ces champs, d'ondes progressant à une vitesse égale à celle de la lumière, faisant du même coup de l'onde lumineuse un cas particulier d'onde électromagnétique, quand Hertz aura produit et étudié ces ondes, il ne sera plus possible de douter de leur existence et de celle des champs. Il existe donc alors deux entités bien définies : les charges électriques portées par les atomes d'un côté, les champs électriques issus de ces charges et portés par l'éther de l'autre.
Et pourtant à peine validées les ondes rencontrent un problème : l'éther n'existe pas. Or une onde demande un support. C'est le mouvement successif de chaque point de ce support à partir d'une source qui est le propre d'une onde. Les ondes lumineuses, les ondes hertziennes, n'auraient donc aucun support ? Comment alors parler encore d'ondes électromagnétiques ? Faut-il abandonner ce modèle ? Il décrit si bien la réalité observée qu'il faudra plutôt faire une entorse au "réalisme" et s'accommoder d'ondes sans support matériel même si l'intuition immédiate s'y refuse.
Même si les ondes électromagnétiques deviennent ainsi un être sans aucun lien autre que mathématique avec les phénomènes physiques dont elles portent le nom, l'électricité peuple encore deux univers séparés : celui de la matière où se trouvent et circulent les "charges" électriques, celui de l'espace immatériel qui est le domaine des champs et des ondes électromagnétiques.
Et voilà que Einstein, étudiant l'effet photoélectrique, revient à un modèle corpusculaire de l'onde lumineuse et que, dans une démarche inverse, De Broglie imagine un modèle ondulatoire des corpuscules matériels. Voilà que les ondes lumineuses se matérialisent en photons pendant que les électrons se diluent en ondes. Voilà que, avec Heisenberg, naît un être nouveau, le quanton, objet insaisissable enfanté par les concepts d'onde et de matière et doué du don d'ubiquité.
Qu'en déduire ? Que, aussi spectaculaires que soient les applications de l'électricité, aussi prodigieuse que soit la façon dont elles ont transformé notre univers, l'histoire de la science électrique ne serait donc que celle d'une succession d'erreurs ?
Pourtant ces "erreurs" sont encore de solides vérités pour tous ceux dont l'électricité est le quotidien, qu'ils soient professionnels ou simples utilisateurs. On n'a pas trouvé mieux que les électrons pour expliquer ce qui se passe dans un circuit électrique ou électronique. Mieux que les ondes électromagnétiques pour décrire ce qui se transmet entre les multiples émetteurs et récepteurs qui peuplent notre quotidien. Dans les énormes accélérateurs dont se dotent les modernes physiciens, ce sont bien encore des particules qu'ils nous disent vouloir accélérer.
L'enseignement de l'électricité, lui-même, ne serait donc que l'enseignement d'erreurs successives ? A-t-on le droit, à travers les programmes d'enseignement, ou dans les revues de vulgarisation, de continuer à enseigner des modèles dépassés ?
D'autant plus que certaines de ces "erreurs" ont laissé des traces durables. Comment, sans faire passer la science électrique pour un bricolage approximatif, expliquer, par exemple, que le sens "conventionnel" du courant dans un conducteur est inverse de celui du déplacement des électrons. Ou encore qu'un ion négatif est une particule portant plusd'électricité que l'atome correspondant.
Comment ? En faisant appel à Dufay, à Franklin, à Symmer. En n'oubliant pas l'histoire qui, seule, peut expliquer ces "cicatrices" dans l'enseignement des sciences et la diffusion de la culture scientifique.
Pas de science sans son histoire.
Une loi physique n'est pas une vérité "révélée", c'est une création humaine. Connaître les tâtonnements, les réussites, les avancées et les doutes des hommes et des femmes qui s'y sont investis est aussi passionnant que d'apprendre à mettre en œuvre les lois et les méthodes qu'ils nous ont transmises.
Etudier les sciences à travers leur histoire, c'est aussi leur donner une place, au côté de l'art ou de la littérature dans l'aventure culturelle de l'humanité. Lire un Mémoire de Dufay sur l'électricité, c'est établir une connivence, aussi forte que celle qui passe par l'émotion poétique ou artistique, avec un homme qui nous invite à partager sa passion. Lire une communication de Marie Curie à l'Académie des Sciences c'est, à la fois, vivre au jour le jour l'éclosion d'un nouveau et fantastique domaine scientifique, y compris dans ses moments de doute, mais aussi découvrir une femme qui réussit à imposer son énergie et son intelligence dans le milieu misogyne du monde scientifique de son époque.
Les sciences, à condition de ne pas occulter leur histoire, peuvent être le socle d'une culture qui franchisse les frontières. Les savoirs scientifiques, peut-être plus que d'autres, sont le résultat d'échanges permanents entre civilisations. La science "moderne" qui s'est développée dans l'espace européen, à partir du 17ème siècle, est aussi l'héritière des sciences nées en Chine, dans l'Inde ou dans le monde arabe. Le vocabulaire des sciences lui-même a emprunté à de multiples cultures. Aujourd'hui, enseignées et pratiquées dans les mêmes termes dans le monde entier, elles construisent un langage universel.
Elles participent aussi, ce faisant, à la "mondialisation" de nos société humaines, y compris dans leurs moments de crise.
Ce n'est qu'un début, l'histoire continue.
Crise environnementale, crise économique, crise sociale… . Le mot "crise" semble être celui qui devrait marquer les premières années de ce XXIe siècle. Les sciences physiques n'y échappent pas. Témoin l'interpellation à la une de la revue Sciences et Vie de février 2009 : "La physique quantique rend elle fou ?". Titre assorti du commentaire : "Etre à Paris et Marseille en même temps, ou à la fois en voiture et dans le train : impossibles à priori, ces situations ne le sont pas dans le monde quantique ! Face à ce constat, la raison vacille… et d'abord celle des physiciens." Le propos est volontairement provocateur mais révélateur du trouble qui agite le milieu des chercheurs et celui des "médiateurs" scientifiques.
Déjà Heisenberg, l'un des "pères" de la physique quantique, avouait sa difficulté à comprendre ce que décrivaient ses équations : "La nature peut-elle vraiment être aussi absurde qu'elle nous semble l'être dans ces expériences atomiques ? " écrivait-il, il y a un demi siècle. La nouveauté est cependant que, si Heisenberg et ses contemporains raisonnaient sur des expériences "virtuelles" qu'ils illustraient d'images exotiques comme celle du "chat de Schrödinger" à la fois mort et vivant, aujourd'hui des expériences de plus en plus nombreuses, dans la lignée de celle imaginée par l'équipe de Alain Aspect, prouvent que l'impensable est devenu réalité.
Alors que les sciences se fixaient l'objectif d'élaborer une vision unifiée du monde et qu'un pas essentiel avait été franchi par Einstein en réunissant les notions de masse et d'énergie, d'onde et de particule, les expériences récentes introduisent une réalité non descriptible dans le monde réel. "Mon cerveau reptilien n'est pas câblé pour comprendre la quantique", déclare Jean-Michel Raimond, directeur du département de physique de l'École Normale Supérieure, dans cet article de Sciences et Vie, tout en souhaitant que le temps et l'effort finissent par étendre les bizarreries quantiques jusqu'aux "zones d'intuition" de ses étudiants et des futures générations de physiciens. "Aujourd'hui les physiciens manipulent le formalisme quantique sans même comprendre à quoi ça renvoie", ajoute Mioara Mugur-Schäfer, spécialiste de physique quantique qui fut collaboratrice de Louis de Broglie.
Pourtant certains commentateurs n'hésitent pas à annoncer une seconde révolution quantique. Dans les laboratoires, des équipes, comme celle de Serge Haroche, lauréat 2009 de la médaille d'or du CNRS, imaginent déjà les applications possibles de "l'intrication" quantique dans les systèmes d'information et de cryptage. Un nouveau chapitre de l'histoire des sciences commence à s'écrire et on imagine assez facilement l'enthousiasme des jeunes chercheurs engagés dans cette aventure qui nous rappelle celui des Rutherford, Wilson, Langevin… regroupés par J.J Thomson au sein du Cavendish Laboratory au moment où ils allaient être les acteurs de la première révolution quantique.
Pour en revenir au sujet de ce livre, "l'électricité", qui sait ce que ce mot signifiera pour les générations à venir et quel sera leur étonnement devant la façon dont, aujourd'hui, nous concevons ce que nous appelons "électricité".
Nous ne pouvons conclure cette histoire de l'électricité sans évoquer une autre révolution à venir : celle de l'utilisation et de la production de l'énergie électrique. Les vulgarisateurs de la fin du XIXème siècle, tels que Louis Figuier, ne s'étaient pas trompés : l'électricité a bien répondu à l'attente des savants, ingénieurs et industriels rassemblés à l'occasion de l'exposition internationale d'électricité de 1881. Elle éclaire les villes, elle alimente les moteurs industriels et domestiques, après le son elle transmet les images. Par contre, nous devons aussi nous rappeler que s'ils imaginaient une électricité produite par les forces naturelles, les barrages hydrauliques, le vent, les courants marins, la réalité a été toute différente.
L'essentiel de l'énergie électrique est aujourd'hui produite pas des centrales thermiques consommatrices d'énergies fossiles, charbon, gaz, pétrole dont les ressources arriveront à expiration avant la fin du siècle et dont on connaît l'impact négatif sur le réchauffement de la planète par l'émission de gaz carbonique. La production d'électricité a aussi été le prétexte au développement d'une industrie nucléaire dont l'objectif principal reste encore souvent la production d'armes de destruction massive et dont on mesure le danger de la version "civile" à la lumière des accidents de Three Mile Island, de Tchernobyl, de Fukushima, ou à celle des problèmes de gestion des déchets radioactifs dont l'héritage pèsera pendant des millénaires.
Aujourd'hui l'accord se fait pour un changement radical du modèle de consommation de l'énergie. Celui-ci passera d'abord pas la recherche de la sobriété et par le développement des énergies renouvelables. Parmi celles-ci l'énergie solaire. Découvert en 1839 par Antoine Becquerel, retrouvé sous une autre forme en 1887 par Hertz, expliqué en 1905 par Einstein, l'effet photovoltaïque est devenu le thème de recherche d'une multitude de laboratoires qui s'emploient à augmenter les rendements et à diminuer les coûts de panneaux photovoltaïques. "Solaire, pourquoi on peut enfin y croire" titrait le numéro de Sciences et Vie de mai 2009. Quoi de plus élégant, en effet, que ces cellules capables de transformer de façon immédiate la lumière en courant électrique. Quoi de plus satisfaisant que de pouvoir produire localement l'énergie nécessaire à la plupart de ses activités quotidiennes.
Révolution dans les concepts, révolution dans les modes de production et d'utilisation… Ce n'est qu'un début, l'histoire de l'électricité continue.
La Nature est généreuse. En dotant le soufre et le verre de la propriété d’attraction, elle a permis à tout un chacun de s’emparer du phénomène électrique. Le plus simple bâton de soufre ou le plus banal des tubes de verre donnent déjà de beaux effets. Mais ces matériaux se prêtent surtout à la fabrication de " machines " qui viendront compléter les " cabinets de curiosités ", attraction obligatoire de toute demeure noble ou bourgeoise qui se respecte, dès la deuxième moitié du 17ème siècle.
Otto de Guericke (1602-1686)
Parmi les constructeurs, un premier nom émerge, celui de Otto de Guericke. Il est le descendant d’une famille de notables de la ville franche de Magdebourg. Son père et son grand-père y ont tous deux occupé la fonction de bourgmestre, contribuant à en faire une cité prospère et populeuse. Il étudie d’abord à l’université de Leipzig puis rejoint Leyde pour compléter son instruction dans les langues ainsi que dans l’art des fortifications et des machines de guerre.
En 1626, il regagne Magdebourg où ses connaissances deviennent rapidement utiles car, en 1631, la cité protestante est assiégée par les armées de l’Empereur d’Allemagne en conflit avec la Suède dont la ville est alliée.
Le 20 mai, à l’aube, les troupes de mercenaires catholiques du seigneur de guerre Tilly, composées d’Espagnols, d’Italiens, de Français, de Polonais et d’Allemands pénètrent dans la ville. La population résiste de façon héroïque mais ne parvient pas à repousser les assaillants. Commence alors ce qui est resté dans les mémoires comme le "massacre de Magdebourg" : en quatre jours, vingt mille civils sont passés au fil de l’épée ou brûlés vifs dans l’incendie de leur maison.
Une fois la paix revenue, Otto de Guericke contribue à relever la ville de ses ruines et en devient maire. Dans cette fonction, il représente Magdebourg au congrès de paix qui, en 1648, clôt cette "guerre de trente ans". Bon négociateur, il obtient pour sa ville, la reconnaissance de ses anciens privilèges. Cette mission l’amène à siéger à la Diète impériale. C’est à l’une de ces réunions, à Ratisbonne, en 1654, qu’il choisit de révéler les capacités de la pompe à vide qu’il a récemment mise au point.
L’expérience dite des "hémisphères de Magdebourg " est bien connue. Elle fait suite aux expériences de Torricelli (1608-1647) sur la pression atmosphérique.
En 1643, pour répondre au problème posé par les fontainiers de Florence qui avaient des difficultés à pomper l’eau dans leurs puits au-delà de 32 pieds (environ 10 mètres), Toricelli avait renversé un tube plein de mercure sur une cuve contenant le même liquide. Il avait pu constater que le mercure descendait dans le tube pour se stabiliser à une hauteur de 28 pouces (76cm) au-dessus de la surface libre. Il démontrait ainsi l’existence de la pression atmosphérique mais aussi celle du vide dont, prétendaient ses adversaires, la Nature avait "horreur".
Le sujet passionne Otto de Guericke qui entreprend avec succès, la mise au point d’une pompe capable de faire le vide dans un récipient plein d’air. Après avoir tenté de vider un tonneau qui ne résista pas à l’expérience, Guericke fait fabriquer une sphère de cuivre, composée de deux demi-sphères jointives, et munie d’un robinet. Devant un nombreux public, il fait le vide dans cette sphère imposante d’une aune de diamètre (1,19 mètre). Vingt-quatre chevaux attelés aux hémisphères sont incapables de rompre l’adhérence entre les deux parties.
Cette expérience inaugure avec éclat la pratique de la "science spectacle" dont la popularité sera également déterminante dans l’avancement de la science électrique.
L’expérience des "Hémisphères de Magdebourg" est un repère dans l’histoire de la mécanique. La place de Guericke dans celle de l’électricité est plus modeste. Son apport dans ce domaine était d’ailleurs resté ignoré de la plupart de ses contemporains. Pourtant, près d’un siècle plus tard, plusieurs physiciens, et en particulier le français Dufay, constatent qu’on aurait gagné à considérer ses expériences avec plus d’attention.
Guericke, en réalité, ne s’intéresse qu’incidemment à l’électricité. Il ne la rencontre qu’à travers les questions qu’il se pose sur le fonctionnement de l’Univers. Il s’interroge d’abord sur celui de la terre. Parmi les "vertus" qu’il attribue à notre globe, deux lui semblent fondamentales. D’abord une vertu "conservative" : la terre attire à elle tous les matériaux qui sont nécessaires à sa formation, l’eau, les roches... Ensuite une vertu "expulsive" : elle repousse tout ce qui peut la détruire. Le feu, par exemple, dont la flamme monte vers le ciel.
Guericke en propose une spectaculaire démonstration. Prendre, dit-il, un ballon de verre de la taille de la " tête d’un enfant", le remplir de soufre finement moulu, chauffer jusqu’à fusion du soufre, laisser refroidir, casser le verre et recueillir le globe de soufre. Munir la boule d’un manche et la placer sur un support de bois. Frotter cette boule vigoureusement d’une main bien sèche.
La "machine électrique" de Otto de Guericke (Louis Figuier, Les Merveilles de la Science)
La boule manifestera alors plusieurs des vertus terrestres. La vertu "conservative" d’abord, en attirant à elle des objets légers.
Plus étonnante est l’observation de la vertu "expulsive" ! Le globe repousse parfois ce qu’il a d’abord attiré. Une plume, par exemple, après avoir touché le globe en est repoussée. Ainsi suspendue dans l’air, elle peut être promenée dans toute la pièce. Mieux : quel que soit le mouvement du globe elle semble lui présenter toujours la même face. Exactement comme la lune vis à vis de la terre.
Guericke, qui a lu Gilbert, ne peut douter un seul instant que la vertu attractive de la terre ne soit tout simplement de nature électrique. Quant à la vertu répulsive, personne avant lui ne semble l’avoir notée. Il lui attribue une cause différente et l’imagine uniquement propre aux éléments constitutifs de la terre et parmi ceux-ci au soufre. Il passe, ainsi, à côté d’une vérité qui restera longtemps occultée jusqu’à ce que le Français Dufay en fasse l’étude approfondie et montre que l’électricité possède également une "vertu répulsive" !
Les récits de Guericke recèlent d’autres riches intuitions. Pour prouver que l’air n’est pas le véhicule de l’attraction, il montre que cette vertu peut se transmettre par l’intermédiaire d’un fil de lin, long de plus de un mètre, tendu à partir de la surface du globe. Cette première observation de la "conduction" électrique restera, elle aussi, sans lendemain. Il appartiendra à l’Anglais Gray de la redécouvrir près d’un siècle plus tard.
Même si son titre de gloire reste la fameuse expérience des hémisphères et si son apport théorique dans le domaine de l’électricité est resté limité, le talent d’observateur et d’expérimentateur de Guericke, reconnu par ses successeurs, mérite la place qui lui est réservée dans le Panthéon des électriciens.
Hauksbee ( ?- 1713)
L’électricité et le vide font également bon ménage dans les machines imaginées par Francis Hauksbee.
On connaît mal les premières années de sa vie. Autodidacte, il est remarqué par Newton. En décembre 1703, le célèbre physicien, auteur de la loi de gravitation universelle, devient président de la Royal Society of London, la plus importante Académie scientifique anglaise. Il engage Hauksbee comme son expérimentateur principal. Jusqu’en 1705, celui-ci anime donc les séances de l’Académie. En particulier par des expériences classiques sur le vide inspirées de Guericke.
A partir de cette date il s’oriente vers l’étude de la phosphorescence "mercurielle" ou "barométrique". Depuis 1675, une observation faite de façon fortuite intrigue les physiciens. Quand on bouscule, dans l’obscurité, un tube barométrique disposé dans les conditions de l’expérience de Toricelli, une lueur phosphorescente apparaît dans le vide libéré à la partie supérieure du tube. Au moment où Hauksbee s’attaque au problème, il est généralement admis que cette lueur provient d’une émanation du mercure. Pour sa part il choisit d’user de méthode et d’étudier les rôles respectifs du vide, du verre et du mercure.
Le vide ? Hauksbee emplit partiellement de mercure un ballon dans lequel il fait le vide. L’ensemble reste obscur tant que le liquide reste immobile. Il est donc clair que le vide n’est pas suffisant mais que, par contre, le frottement, provoqué par le mouvement, est indispensable.
Frottement sur le mercure ou sur le verre ? A partir de novembre 1705 Hauksbee utilise, pour répondre à cette question, un montage qui fait abstraction du mercure. Il s’agit d’une sphère de verre munie de deux pièces de cuivre diamétralement opposées lui servant d’axe. Cette sphère peut être mise en mouvement rapide en la plaçant sur une machine inspirée d’un tour de menuisier. Mais sa propriété essentielle est d’avoir été conçue pour qu’on puisse y réaliser le vide. Hauksbee a pris la précaution de ménager un robinet dans une des pièces de l’axe qui peut être relié à une pompe à vide.
La machine électrique de Hauksbee. Un robinet permet d’y faire le vide (Louis Figuier, Les Merveilles de la Science)
La sphère, vidée de son air, est mise en mouvement et frottée par la main de l’expérimentateur. Soudain, dans l’obscurité, la sphère s’emplit d’une forte lueur diffuse. Un mur situé à dix pieds en est éclairé. Un livre tenu à proximité du globe peut être lu. Quand un doigt s’approche de la sphère, la lumière se concentre en filaments qui semblent attirés par ce doigt. La lumière diminue progressivement quand, peu à peu, on laisse entrer l’air dans le tube.
Même quand la pression atmosphérique est atteinte, on peut encore arracher quelques lueurs au globe. Elles sont externes cette fois, et se présentent sous la forme nouvelle d’étincelles. Hauksbee hésite encore mais pour Newton, la cause est entendue : La lumière ne provient ni du vide, ni du mercure mais du verre !
Nous savons, à présent, que si c’est bien le verre qui est électrisé, la lueur, elle, provient de l’air. Dans le globe "vide", il reste encore du gaz résiduel et celui-ci est "ionisé" sous l’effet du champ électrique créé par la friction du verre. Il devient, par ce fait, lumineux, à l’image du néon dans un tube d’éclairage. Naturellement cette interprétation était impossible à qui n’avait ni la connaissance de la nature de l’air, ni, à plus forte raison, de l’existence et de la constitution des atomes.
Cette "phosphorescence électrique" continuera à obséder des générations de physiciens. Son étude amènera aux tubes cathodiques qui ont équipé nos premiers écrans de télévision et d’ordinateurs. La découverte des rayons X, celle des électrons, celle de la radioactivité, seront également au bout de cette aventure que nous évoquerons par la suite.
Pour le moment, les démonstrations de Hauksbee, à la fois spectaculaires et inquiétantes quand elles se font dans l’obscurité d’un cabinet, deviennent les expériences vedettes des spectacles de physique.
Tube ou globe ?
Une chose est sûre : à ceux qui considéraient le verre comme un matériau secondaire et de peu d’effets électriques, et qui continuaient à lui préférer l’ambre, le soufre ou la cire, Hauksbee oppose un démenti convaincant.
Le verre s’impose donc, mais sous quelle forme ? Hauksbee lui-même pour ses démonstrations classiques renonce à ses sphères et n’utilise qu’un tube de flint-glass, ce verre au plomb utilisé pour l’optique et dont les Anglais sont les spécialistes. Avec un tube long de un mètre et de trois centimètres de diamètre, il attire de fines feuilles de cuivre à plusieurs dizaines de centimètres de distance. Ces feuilles de cuivre, ou mieux : d’or, plus sensibles que des morceaux de ficelles ou de papier, deviendront le matériau classique des laboratoires d’électricité. Pour les mettre en mouvement, un tube de verre est largement suffisant.
Le globe, monté sur un tour, sera oublié pendant trente ans jusqu’au moment où, vers 1733, un physicien allemand, Bose, en reprenne l’idée.
Bose (1710-1761)
Georg Matthias Bose, né à Leipzig, s’intéresse aux nouveautés de la physique et des mathématiques tout en poursuivant ses études de médecine. En 1738 il est nommé sur une chaire de "philosophie naturelle" à l’université de Wittenberg. De ce poste, il établit des relations suivies avec tout ce que l’Europe compte comme personnes de renom, aussi bien scientifiques que hommes de lettres, de religion ou de politique. L’aspect magique de l’électricité le séduit. Quand ses lectures l’amènent à rencontrer les expériences électriques de Gray et Dufay (deux personnages de première importance dont nous reparlerons), et en particulier celles sur les conducteurs et les isolants ; quand, de plus, il retrouve la description du globe de Hauksbee, il sait qu’il a trouvé, à la fois, sa vocation et son public.
Il complète d’abord le dispositif de Hauksbee par un montage qui deviendra le standard de tous les laboratoires européens. Un tube de fer, qui prend parfois la forme d’un canon de fusil, est suspendu horizontalement à deux cordons de soie. Il effleure, sans pourtant le toucher, le globe de verre frotté. Ce "premier conducteur" servira ensuite à distribuer le "fluide électrique", par l’intermédiaire de chaînes ou de conducteurs divers vers les dispositifs expérimentaux qui l’entourent.
Bose organise alors des "fêtes électriques" qui ne se limitent pas à son public d’étudiants. Imaginez un repas où vous avez convié tous les notables les plus en vue dans votre ville. Les pieds de la table ont été isolés par des galettes de cire de même que la chaise que vous vous êtes réservée. De la machine électrique que vous avez actionnée et que vous avez dissimulée, un fil conducteur est amené jusqu’à proximité de votre main. Au moment où vos convives voudront saisir leur fourchette, il vous suffira d’établir le contact avec la table pour qu’un choc électrique vienne les faire bondir sur leur chaise. Au dessert vous mettrez le feu à une coupe de liqueur alcoolisée simplement par l’approche de l’un de vos doigts d’où seuls les plus proches spectateurs auront vu sortir une étincelle. Vos invités seront alors tout disposés à vous suivre dans le cabinet de curiosités où vous les transporterez dans un univers à la fois merveilleux et terrifiant.
Merveilleux ! Des galettes de cire épaisse sont disposées sur le sol. Chaque participant monte sur l’une d’entre elles et tend la main à ses voisins, formant ainsi une chaîne dont le premier maillon tient fermement le canon de fusil suspendu au-dessus du globe de la machine. Quand le globe est mis en mouvement, la personne située à l’autre extrémité de la chaîne tend la main au-dessus de feuilles d’or placées sur une coupelle. Chacun voit alors les feuilles s’élever d’un vol léger, comme attirées par une volonté magique, vers la main ouverte de l’expérimentateur. Eteignons les bougies qui éclairent ce salon aux volets fermés et tendons le doigt vers le conducteur de la machine, nous en verrons jaillir de lumineuses étincelles. Sous forme d’apothéose on pourra proposer la démonstration de la "béatification électrique". La plus aimable personne de l’assemblée est conviée à monter sur un gâteau de cire et à saisir le conducteur. Quand la machine est vigoureusement actionnée ses cheveux se déploient en une auréole qui s’éclaire, dans l’obscurité, des milles lueurs de la sainteté.
Terrifiant ! L’homme qui a le courage de faire couler quelques gouttes de son sang les voit scintiller comme des perles de feu dans l’obscurité au moment où il se saisit du conducteur. Les doigts tendus d’une personne reliée à la machine peuvent tuer les pauvres mouches vers lesquelles on dirigera l’étincelle. Ne pourra-t-on demain faire de plus conséquentes victimes ? De telles manipulations auraient certainement valu le bûcher à leurs auteurs aux temps, encore proches, de l’Inquisition !
Terrifiant et traître ! Aussi belle soit la jeune personne auréolée par le contact de la machine, il ne faudra pas s’aviser de vouloir en approcher les lèvres pour un baiser. La "Vénus électrisée" défendra sa vertu par une sérieuse secousse électrique.
Electricité de salon (Louis Figuier, Les merveilles de la science)
Les nouvelles de ces merveilles parviennent en France et en particulier à l’abbé Nollet qui est alors le plus en vue des électriciens européens. Il avoue n’avoir pu dormir avant d’avoir lui-même construit et perfectionné une machine qui devient alors un meuble volumineux.
L’abbé Nollet (1700-1770)
Le globe, de un pied de diamètre, utilisé par Nollet, est en verre épais. La roue qui l’entraîne au moyen d’une courroie passant par une poulie fixée sur son axe, doit avoir au moins quatre pieds de diamètre et être munie d’une manivelle qui permette à deux hommes de l’actionner. Nollet préfère frotter le globe à la main mais de nombreux physiciens européens ont choisi de lui adjoindre un coussin de cuir.
La Machine électrique de l’Abbé Nollet (1747) (Louis Figuier, Les Merveilles de la Science)
Les machines à plateau.
Cette volumineuse machine équipera la plupart des cabinets de physique jusqu’à ce que l’Anglais Ramsden (1735-1800) construise la première machine à plateau en 1768. La machine à plateau se perfectionne rapidement et deviendra vraiment efficace quand apparaîtront les premières machines " à influence électrique ", c’est à dire ne nécessitant aucun frottement. La célèbre machine inventée par l’Anglais Wimshurst en 1883, équipe encore les laboratoires de nos lycées.
La machine de Van Marum construite en 1784 est encore une attraction remarquée au pavillon des Pays-Bas de l’Exposition Internationale d’électricité de Paris en1881. (La Nature, 1881)
Commentaire du Bulletin de l’Union des Physiciens :
Voici un ouvrage à mettre entre toutes les mains, celles de nos élèves dès lesclasses de premières S et STI de nos lycées, et entre les mains de tous les futurs enseignantsde sciences physiques et de physique appliquée (tant qu’il en reste encore !).
L’auteur est uncollègue professeur de sciences physiques, formé à l’histoire des sciences, et formateur des enseignantsen sciences dans l’académie de rennes. Bref quelqu’un qui a réfléchi tant à l’histoire de sadiscipline qu’à son enseignement et sa didactique, et cela se sent. Le style est fluide et imagé, brefplaisant au possible.
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Comme l'art ou la littérature,les sciences sont un élément à part entière de la culture humaine. Leur histoire nous éclaire sur le monde contemporain à un moment où les techniques qui en sont issues semblent échapper à la maîtrise humaine.
La connaissance de son histoire est aussi la meilleure des façons d'inviter une nouvelle génération à s'engager dans l'aventure de la recherche scientifique.
L’émerveillement devant l’ingéniosité de l’esprit humain et les constructions intellectuelles et matérielles qu’il met en oeuvre pour comprendre son environnement et améliorer son cadre de vie.
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