Dans l’année 1778, Lavoisier se trouve en Bretagne. Vraisemblablement en tournée d’inspection dans le cadre de sa charge de fermier général ou de celle de régisseur de la régie royale des poudres qu’il assure depuis 1775. La poudrerie du Pont-de-Buis étant alors l’une des plus importantes de France.
Son séjour coïncide avec la visite que le Duc de Chartres fait, le 10 juin, aux mines de plomb argentifère de Poullaouen et Huelgoat dans l’actuel Finistère. Il se trouve alors dans cette localité et se joint à la visite.
Lavoisier découvre à Poullaouen et à Huelgoat des mine réputées pour leur bon fonctionnement.
Les différentes machines nécessaires à l’extraction du minerai et aux opérations métallurgiques sont actionnées par l’eau d’une retenue qu’il a fallu alimenter par une multitude de canaux, d’aqueducs et même d’une galerie creusée dans le granit. Une machine à vapeur avait bien été installée en 1747 mais le coût prohibitif du charbon l’avait fait démonter dès 1752.
En chimiste, Lavoisier nous donne l’une des meilleures descriptions des procédés métallurgiques utilisés pour produire le plomb et en extraire l’argent. Le lecteur intéressé par l’histoire des sciences remarquera que le "père" de l’oxygène, qui vient de participer à la rédaction d’une nomenclature centrée sur ce corps, y fait la part belle au phlogistique dont il a combattu la théorie . Disons même que son exposé est un modèle de la théorie du phlogistique. Sans doute est-ce la condition pour que son mémoire soit retenu par ses pairs de l’Académie des Sciences non encore convertis à la nouvelle doctrine.
Le récit s’extrait de la chimie pour décrire un Duc de Chartres, futur Philippe Egalité, prenant des risques pour visiter tous les endroits de l’exploitation, y compris les galeries où il se fait montrer l’emploi des explosifs. Ou encore s’informant des conditions sociales de l’exploitation et en particulier des mesures prises pour "assurer aux ouvriers et à leur veuves une subsistance honnête dans les cas de vieillesse, d’infirmité ou d’accident".
La journée se termine par un concours de lutte bretonne suivi du traditionnel "fest noz", spectacle dont Lavoisier considère qu’il "retrace le tableau des mœurs antiques" à travers des jeux "tels que ceux que nous décrit Homère".
Lutte bretonne :"des jeux tels que ceux que nous décrit Homère".
Olivier Perrin ; La vie des bretons de l’Armorique.
Passage par Brest.
Quelques jours plus tôt, le 5 juin, Lavoisier était à Brest. Dans une lettre qu’il adresse au chimiste Macquer, il décrit le spectacle que lui offrent les manœuvres de la flotte de guerre qui bientôt sera engagée contre l’Angleterre dans le cadre de la guerre d’indépendance des Etats-Unis :
" J’ai dans le moment sous les yeux le spectacle de la plus grande partie des forces maritimes de la France. Vingt cinq vaisseaux de ligne sont en rade, deux sont prêts à sortir du port, cinq ou six autres seront prêts à la fin de la campagne. M. Dorvilliers commande la flotte. M. le Duc de Chartres et M. du Chaffau commandent chacun une division de neuf vaisseaux. Chaque jour la flotte fait des évolutions et on fait détonner force salpêtre. Outre cette flotte il y a une chaîne de frégates depuis le port de Brest jusqu’aux côtes d’Angleterre qui sont en observation et par une communication de signaux on sait tout ce qui se passe en Angleterre. Je ne suis pas dans le secret mais on assure que l’amiral Keppel n’est pas sorti, que l’amiral Biron qui était sorti de Porsmouth est rentré à Plymouth peu de jours après ainsi M. Destaing sera passé sans obstacle."
La lettre de Lavoisier à Macquer.
extrait de : Oeuvres de Lavoisier. Correspondance. Par René Fric. Paris, Albin Michel, 1964. (Cliquer sur l’image).
La bataille qui engagera les deux flottes aura lieu le 27 juillet dans les parages de Ouessant. Considérée comme une victoire par la France (ce que contestent les anglais), la "Bataille d’Ouessant" voit le Duc de Chartres y prendre une part active et être qualifié de "héros" par les uns et de "maladroit" par les autres, la division qu’il commandait n’ayant pas su exploiter l’avantage qu’elle avait acquis par une manœuvre audacieuse et ayant finalement laissé fuir les anglais
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Combat naval de Ouessant, juillet 1778, Huile sur toile par Théodore Gudin
L’escapade à Poullaouen n’était probablement, pour le Duc de Chartres comme pour Lavoisier, qu’un parenthèse entre d’autres affaires plus importantes. Le texte de Lavoisier, qui en résulte, est cependant d’une extrême importance par le témoignage qu’il apporte des procédés métallurgiques et du fonctionnement d’une mine à la fin du 18ème siècle.
Note : la visite de Lavoisier à Poullaouen avait peut-être une autre raison que la simple curiosité métallurgique. Condorcet, dans l'éloge qu'il fait de Patrick d'Arcy décédé en 1779, nous apprend que le comte d'Arcy avait publié en 1760 un Essai d'une théorie d'artilleriedans lequel il s'intéressait particulièrement aux effets de la poudre à canon. Par ailleurs, en cette année 1778, il était désigné par l'Académie des sciences, avec Lavoisier, comme commissaire pour l'attribution d'un prix sur "la manière la plus avantageuse de produire le salpêtre". Le salpêtre, élément essentiel de la poudre avec le charbon de bois et le soufre, était en effet le produit le plus difficile à trouver. La mise au point de salpêtrières sera un des objectifs principaux de la régie des poudres.
Suivre le parcours de l’oxygène depuis les grimoires des alchimistes jusqu’aux laboratoires des chimistes, avant qu’il n’investisse notre environnement quotidien.
Aujourd’hui, les formules chimiques O2, H2O, CO2,… se sont échappées des traités de chimie et des livres scolaires pour se mêler au vocabulaire de notre quotidien. Parmi eux, l’oxygène, à la fois symbole de vie et nouvel élixir de jouvence, a résolument quitté les laboratoires des chimistes pour devenir source d’inspiration poétique, picturale, musicale et objet de nouveaux mythes.
À travers cette histoire de l’oxygène, foisonnante de récits qui se côtoient, s’opposent et se mêlent, l’auteur présente une chimie avant les formules et les équations, et montre qu’elle n’est pas seulement affaire de laboratoires et d’industrie, mais élément à part entière de la culture humaine.
voir aussi :
Histoire du carbone et du CO2.
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.
Comme science "académique", la chimie et l’électricité naissent sensiblement à la même époque : la charnière entre le 17ème et le 18ème siècle. Cependant elles sont le résultat de gestations très différentes.
L’électricité n’a pas de préhistoire. Plus de vingt siècles séparent les premiers propos attribués à Thalès sur les propriétés de l’ambre jaune et les travaux menés par William Gilbert en Angleterre qui montrent que la "vertu électrique" est largement répartie dans l’ensemble des corps.
Par contre les Stahl, Macquer, Lavoisier, héritent du riche outillage des artisans, des procédés laborieux des alchimistes et des modèles hérités de la science grecque (même s’ils sont parfois encombrants).
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A quel moment faut-il donc placer la naissance de la chimie ?
Si l’on considère que tout travail pour modifier les propriétés de la matière est de la chimie, elle commencerait avec l’apparition du feu et de la première cuisson. La fabrication de récipients d’argile, la composition de colorants pour les peintures rupestres, la connaissance des colles pour assembler les outils de pierre, l’élaboration des premiers métaux, les techniques de conservation des aliments, les parfums, les baumes... tout cela relève de la chimie.
Faut-il par contre dater la naissance de la chimie de l’apparition des premières "théories". La tâche serait alors difficile car seule l’écriture peut nous renseigner. Les métallurgistes, les chamans guérisseurs des premières sociétés orales inscrivaient, eux aussi, leurs gestes dans un rite inspiré d’une vision globale du monde, déjà donc une "théorie".
Peut-être devons nous tout simplement accepter de considérer la chimie comme l’une des activités les plus anciennement accomplies par l’homme pour transformer et comprendre la matière. L’histoire de la chimie serait alors intimement liée à l’histoire générale de l’humanité.
Plus modestement ici, nous allons évoquer quelques modèles qui, de Aristote à Lavoisier, ont organisé notre regard sur le monde de la matière.
Empédocle, Platon, Aristote et les quatre éléments.
Empédocle (490-435 Av JC) est à l’origine d’une doctrine qui rencontrera le succès : celle des quatre éléments primordiaux. Le feu, l’air, l’eau, la terre sont les quatre "racines" des choses. Les corps se composent et se décomposent à partir de ces quatre éléments sous l’action de deux forces opposées, l’attraction et la répulsion ou plutôt "l’amour" et la "haine".
Platon (428-348 Av JC) reprend le modèle d’Empédocle. Il associe à chaque élément un polyèdre régulier, c’est à dire un volume limité par des faces toutes identiques.
Le tétraèdre (pyramide à base triangulaire) est la figure du feu, subtil léger, piquant.
L’octaèdre est associé à l’air.
L’icosaèdre (à vingt faces triangulaires) est proche de la sphère qui peut rouler : c’est l’eau.
Le cube, stable, représente la terre.
Les cinq polyèdres réguliers et la manière de les construire (Jean-Mathurin Mazéas, Éléments d’arithmétique, d’algèbre et de géométrie, Paris, Nyon 1788)
Il existe un cinquième polyèdre régulier, le dodécaèdre, aux propriétés mathématiques plus riches. Il comporte 12 faces comme le nombre des signes du zodiaque. Chacune est un pentagone, figure construite à partir du "nombre d’Or" (supposé être le nombre magique des grecs soit (1+5exp1/2)/2).
Platon lui attribue un rôle particulier : "il restait une seule et dernière combinaison, dieu s’en est servi pour le tout quand il a dessiné l"arrangement final". Derrière cette formule ambigüe certains trouveront la force vitale, l’énergie ou tout autre concept illustrant l’animation de la matière.
Aristote (384-322 Av JC) élève de Platon qu’il ne quitte qu’à sa mort, reprend la doctrine des quatre éléments mais considère que chacun est construit à partir d’une matière primordiale unique. Les forces qui agissent pour leur donner forme sont quatre "qualités" : le chaud, le froid, le sec, l’humide formant quatre couples ( le"s couples chaud-froid et sec-humide étant exclus).
le feu est le résultat du couple chaud-sec sur la matière.
l’air celui du couple chaud-humide.
l’eau provient du froid-humide.
la terre du froid-sec.
Des règles régissent le fonctionnement de ces qualités. Si la chaleur donne du sec, un excès de chaleur donne de l’humide. Le froid produit de l’humide mais un excès de froid donne du sec.
En résumé :
Empédocle
Platon
Aristote
Feu
tétraèdre
chaud-sec
Air
octaèdre
chaud-humide
Eau
icosaèdre
froid-humide
Terre
cube
froid-sec
Un modèle efficace. Pendant près de vingt siècles ce modèle sera dominant dans le monde occidental. Il fait reconnaître qu’il présente une force descriptive indéniable.
Comment théoriser le simple travail d’un potier ? Il utilise la terre, celle qu’il modèle, celle dont il construit son four pour en faire une véritable matrice. Il la combine avec l’eau pour obtenir une pâte à la consistance idéale. Il fait agir le feu et l’air du soufflet. Il connaît le rôle exact de chaque élément ainsi que la manière de l’utiliser.
Le verrier, le métallurgiste, à des variantes près, procèdent de même. En 1556, l’allemand Georg Bauer, dit Agricola, publie sous le titre ’De Re Metallica", le premier ouvrage d’importance sur le travail du métallurgiste. Décrivant l’art de la fusion il, se réfère à la théorie classique :
"Cela est la manière de procéder des fondeurs qui excellent à maîtriser les quatre éléments. Ils ne jettent pas dans le fourneau, plus qu’il ne convient, de minerai mêlé de terre ; ils versent de l’eau chaque fois qu’il en faut ; ils règlent avec justesse le souffle des soufflets, ils pklacent le minerai dans le feu, à l’endroit où il brûle bien."
Un modèle évolutif.
On peut choisir comme fil directeur, pour un bref aperçu de l’histoire de la chimie, le rapport des différents auteurs à la théorie des quatre éléments. Le modèle s’enrichit d’observations et de prédictions nouvelles mais en le poussant jusqu’à ses derniers retranchements on en fait apparaître nécessairement les limites. Naissent alors les modèles nouveaux, plus globalisants, plus efficaces, plus prédictifs.
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La terre recomposée des alchimistes.
L’élément "terre" est le premier dont le caractère "simple" ait été mis en cause. L’usage a nécessairement conduit à distinguer "des" terres. La terre arable des agriculteurs, la terre vitrifiable des potiers et des verriers, la terre métallifère des fondeurs, la terre combustible des charbonniers... ne sont, à l’évidence, pas de la même nature.
Alexandrie, en Égypte, est le point de rencontre des cultures grecques, égyptiennes et orientales, riches de savoirs et de pratiques concernant les transformations de la matière. Cette science ancienne a été recueillie et développée dans la culture arabe. Elle en a hérité des instruments, des méthodes, des corps nouveaux et du vocabulaire. Elle est devenue ce que nous appelons alchimie et que la chimie moderne qui naît au 18ème siècle a souvent injustement rejeté dans les ténèbres de la superstition.
Pourtant nul ne contestera l’apport technique de la pratique alchimique elle même en constant échange avec l’art des artisans. La distillation, l’extraction par les graisses, le bain-marie (du nom de l’alchimiste Marie la Juive), le perfectionnement des fourneaux, les cornues, les alambics, les différents creusets. C’est la recherche de solvants appropriés qui amène les alchimistes sur la voie des acides, comme "l’eau régale", mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique, qui dissout le métal royal : l’or.
La terre, matrice des métaux et, en particulier, de l’or.
De la version de l’alchimie adoptée par l’occident chrétien médiéval, on a surtout retenu la théorie de la transmutation des métaux. Une lente maturation se produit dans la terre qui amène les métaux de l’état le plus vil jusqu’à la pureté de l’or. Le rôle de l’alchimiste sera de découvrir les mécanismes de cette maturation afin de pouvoir les accélérer à l’intérieur de son laboratoire.
La terre n’y est plus considérée comme un pur élément. Les métaux, en particulier, relèvent de deux principes : le principe du "mercure", humide, froid, féminin, qui est le symbole du caractère métallique et le principe du "soufre", chaud, sec, masculin qui apporte au métal sa couleur et son caractère combustible. Un troisième principe, le "sel", préside à leur union. A noter que ces "principes" ne sont pas matériels. Le soufre, le mercure, le sel "philosophiques" se rencontrent dans une multitude de corps et ne sont pas réductibles aux seuls corps matériels qui portent ce nom.
L’élément "terre" s’est donc enrichi de nouveaux principes mais y a perdu dans sa simplicité. Devenu lui même un "principe", cet élément n’alimentera pas la réflexion des premiers chimistes.
Le soufre, par contre, avec son caractère combustible, sera très présent dans la première théorie chimique avérée, celle de Stahl. Le mercure, et ses transformations multiples sous l’effet de la chaleur sera à l’origine de l’une des expériences présentées par Lavoisier et fondatrices de la chimie contemporaine.
Les 7 métaux associés aux 7 planètes des alchimistes.
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L’élément feu et la chimie du phlogistique.
Contrairement à l’élément "Terre", l’élément "Feu" voit sa crédibilité renforcée. Sous le nom de "phlogistique", emprunté au grec, il est à la base, à la fin du 17ème siècle, de la première description à laquelle on puisse réellement appliquer le terme de "théorie chimique".
Le nom du médecin allemand Goerg Ernst Stahl (1660-1734) est indissociable de la théorie du phlogistique.
L’observation de la combustion du soufre ou du charbon, ainsi que celle des procédés métallurgiques, ont guidé sa réflexion.
Jusqu’à Stahl, le travail du métallurgiste était perçu comme un art de la fusion. Il était admis que, dans les minerais, les métaux se trouvaient mélangés à d’autres terres. Après le concassage, le tri et le lavage, la séparation du métal et des impuretés était complétée par l’œuvre du feu. Les restes de terres combustibles seront d’abord éliminées par "grillage" à l’air libre. Après la fusion à feu vif dans le fourneau, les terres vitrifiables formeront les scories flottant en surface tandis que le métal, libéré de sa gangue, sera recueilli, fondu, à la base de la matière incandescente.
Une observation plus attentive montrera a Stahl que l’arrangement du minerai et du charbon en couches successives dans le four par les fondeurs ne s’est pas fait au hasard, il a un double but. Celui de la production de la chaleur nécessaire à la fusion mais aussi celui de permettre une réelle réaction chimique entre les deux corps. Une théorie se construit alors autour de deux concepts.
Le concept du phlogistique.
Que se passe-t-il quand un corps brûle ? Il s’en dégage une matière qui est la matière du feu : le phlogistique. Un corps combustible est donc un corps riche en phlogistique. Il existe d’ailleurs des corps qui peuvent être considérés comme du phlogistique presque pur. Le soufre par exemple, cet élément cher aux alchimistes, brûle sans laisser de résidu. Ne serait-il pas composé de phlogistique pratiquement pur ? De même le charbon dont il ne reste que quelques cendres après la combustion.
Le concept de chaux métallique.
Les métaux également sont combustibles. Quand ils brûlent ils se séparent donc du phlogistique qu’ils contiennent. Ils se transforment alors en ce qui est communément appelé une "chaux métallique". La combustion n’est d’ailleurs pas indispensable, à part l’or, tous les métaux perdent progressivement leur phlogistique pour se transformer en chaux. Le fer devient rouille, même le cuivre devient "vert-de-gris". D-ailleurs Stahl constate que ce sont ces chaux et non pas le métal pur qui sont mélangées aux terres diverses dans les minerais.
Le travail du métallurgiste ?
Le métallurgiste ne se contente donc pas d’opérer une simple fusion. Le charbon a certes pour rôle de chauffer le fourneau mais, surtout, il doit apporter à la chaux métallique le phlogistique perdu par le métal et ainsi régénérer celui-ci. Il s’en suit une équation simple :
La chasse aux airs est la grande affaire du début du 18ème siècle. Surtout en Angleterre. L’action d’un acide sur le calcaire produit une effervescence. L’acide "libère de l’air" qui était donc fixé dans la roche. Telle est l’interprétation dominante dans le premier tiers du 18ème siècle. Rapidement on se rends compte que cet air, désigné par le terme de "air fixe", n’a pas les propriétés habituelles de l’air : il n’entretient pas la vie, il trouble l’eau de chaux comme le fait l’air "vicié" expulsé par les poumons dans la respiration.
L’air apparaît comme susceptible d’autres curieuses variations. En 1766, Henri Cavendish (1731-1810) découvre "l’air inflammable" en faisant réagir les métaux avec des acides. Priestley (1733-1804) sait utiliser la cuve à mercure pour recueillir les "airs" nouveaux qu’il fait naître. Il découvre ainsi un air qui active les combustions, que l’allemand Scheele (1742-1786) appellera "feuerluft" (air du feu) et que l’on désignera en France comme "l’air vital" après qu’on aura constaté son influence sur la vie des plantes et des animaux. Dans sa gibecière, Priestley ramène également l’esprit de sel (le chlorure d’hydrogène), le gaz ammoniac et les gaz que nous appelons aujourd’hui sulfure d’hydrogène et éthylène.
Le phlogistique est d’abord soupçonné d’être responsable de ces différentes apparences de l’air. L’air fixe, par exemple, ne pourrait-il pas être de l’air saturé par le phlogistique provenant de la combustion du charbon, de "l’air phlogistiqué". L’air "vital" ne serait-il pas, à l’inverse, de l’air "déphlogistiqué" ? L’expérience nous montre en effet qu’il est capable d’activer la combustion ou la respiration qui toutes les deux libèrent du phlogistique.
Cette accumulation de propriétés nouvelles amène cependant à considérer qu’il n’existe pas "un" air mais "des" airs. L’air est alors perçu comme un mélange de plusieurs corps dans un état qualifié "d’aériforme", un état que Lavoisier désignera par le mot "gaz" proposé par Van Helmont (1577-1640) et qui dérive du néerlandais "geest", esprit.
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Lavoisier et la fin des quatre éléments.
Lavoisier hérite d’une chimie qui a éliminé la terre de la liste des principes élémentaires et s’apprête à en éliminer l’air. L’eau par contre, et surtout le feu, sont épargnés. Le feu rebaptisé phlogistique semble même assuré de conserver longtemps ce statut.
La théorie laisse cependant une question sans réponse. L’équation qui traduit la combustion d’un métal pourrait s’écrire :
métal => chaux métallique + phlogistique
Elle n’est pas totalement satisfaisante. L’équation précédente devrait traduire une baisse de poids du métal consécutive à l’émission du phlogistique. Or le premier apprenti chimiste venu sait que la combustion d’un métal donne une "chaux" dont la masse est supérieure à la masse du métal initial !
Une explication est communément avancée : le phlogistique s’échappant du métal, celui-ci se resserre à l’image d’une éponge privée d’eau. Il deviendrait donc plus "lourd". Explication évidemment peu satisfaisante qui confond masse et densité.
Certains chimistes mieux éclairés et plus imaginatifs évoqueront un phlogistique à "masse négative", mais sans convaincre.
Lavoisier et la véritable nature de l’air.
Dès 1772 Lavoisier (1743-1794) s’interroge sur la réalité du phlogistique. Les premiers doutes datent de 1774 et concernent les transformations d’un métal symbole : le mercure !
Le vif-argent (autre nom du mercure) est en effet un métal bien étrange. Longuement chauffé à feu modéré, il se transforme en une "chaux" de couleur rouge. Si cette chaux est portée sur un feu vif elle se transforme à nouveau en mercure.
Les alchimistes connaissaient cette propriété. Le Phénix, l’oiseau mythique renaissant de ses cendres, en est une possible illustration.
Les chimistes du 18ème siècle s’emparent de l’expérience mais le cadre théorique qui les guide a changé et l’expérience doit s’analyser dans le cadre de la théorie du phlogistique. Or ici, le métal réapparait sans l’intervention de charbon ou de tout autre corps riche en phlogistique. Le simple chauffage suffit.
L’allemand Scheele observe d’autre part que, non seulement l’apport de phlogistique n’est pas nécessaire, mais qu’un "air" particulier s’échappe de la chaux mercurique pendant cette opération. Un air qui active les combustions.
Lavoisier reprend les expériences en 1776. Mettant à profit l’équipement de son laboratoire, inégalé en Europe, il peut prouver que la formation de chaux mercurique s’accompagne d’une augmentation de masse exactement égale à celle perdue par l’air de l’enceinte close où est faite l’expérience. Cette masse est également celle du fluide aériforme restitué par la deuxième phase du chauffage. Une vérité apparaît : l’air est un corps composé dont l’une des parties est responsable des combustions.
L’hypothèse du phlogistique doit être abandonnée.
En 1777, Lavoisier estime avoir rassemblé suffisamment d’éléments pour lui porter les premières attaques. Ce qu’il fait par la rédaction de ses réflexions sur le phlogistique dans lesquelles il interprète les combustions, calcinations ou réductions à partir d’un principe simple :
"c’est que l’air pur, l’air vital, est composé d’un principe particulier qui lui est propre, qui en forme la base, et que j’ai nommé oxygine". Le terme deviendra "oxygène" (qui génère des acides) par la suite et désignera un corps nouveau et non plus un "principe".
La combustion d’un métal se décrit dès lors suivant le schéma désormais classique :
Métal + oxygène -> oxyde métallique
L’observation soutient la théorie : la chaux métallique est plus lourde que le métal initial car celui-ci a fixé l’oxygène de l’air. Les balances de précision dont est pourvu le laboratoire de Lavoisier confirment bien ce bilan.
La réduction des chaux (oxydes métalliques) en métal peut être elle même expliquée :
Oxyde métallique + carbone => métal + oxyde de carbone
Le rôle du carbone n’est pas de libérer du phlogistique mais de se combiner à l’oxygène contenu dans la chaux pour laisser apparaître le métal pur.
Ainsi, affirme Lavoisier "tout s’explique en chimie d’une matière satisfaisante, sans le recours du phlogistique. Il est, par cela seul, infiniment probable que ce principe n’existe pas".
Le coup est rude pour l’ancienne théorie dont les partisans ne rendent pas facilement les armes mais que les jeunes chimistes abandonnent rapidement.
A la fin de ce premier round, l’air et le feu ne sont plus des "éléments".
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Le dernier des éléments : l’eau.
Le coup de grâce au modèle des quatre éléments ainsi qu’à la théorie du phlogistique sera porté par la spectaculaire expérience de la décomposition et de la synthèse de l’eau.
Le 27 février 1785, Lavoisier réunit à son laboratoire de l’arsenal un public composé de l’élite des académiciens français et étrangers ainsi que les dignitaires amis des sciences. L’objectif est de prouver à ce public choisi la validité de sa théorie de l’oxydation en s’attaquant au dernier des éléments de la tradition grecque : l’eau !
L’eau est d’abord décomposée. Elle entre goutte à goutte dans le canon de fer d’un fusil placé en pente douce sur un lit de charbons ardents et porté au rouge. Le gaz qui s’échappe est recueilli sur une cuve à eau. Il est facile de montrer que ce gaz "13 fois plus léger que l’air atmosphérique" est le gaz généralement appelé "air inflammable".
Le canon de fer, de son côté, s’est alourdi. Lavoisier pèse et mesure :
" Le résultat de cette expérience présente une véritable oxydation du fer par l’eau : oxydation toute semblable à celle qui s’opère dans l’air sous l’action de la chaleur. Cent grains d’eau ont été décomposés ; 85 grains d’oxygène se sont unis au fer pour le constituer dans l’état d’oxyde noir, et il s’est dégagé 15 grains d’un gaz inflammable particulier : donc l’eau est composée d’oxygène et de la base d’un gaz inflammable".
Ce gaz, Lavoisier et ses collaborateurs le nomment :
"Aucun nom ne nous a paru plus convenable que celui d’hydrogène, c’est à dire principe générateur de l’eau."
L’eau est ensuite synthétisée. Deux courants, l’un de dioxygène (nom actuel de l’air vital) l’autre de dihydrogène (l’air inflammable), sont envoyés dans un ballon où une machine électrique provoque une étincelle. De l’eau apparaît qui se condense sur les parois du ballon. La masse de l’oxygène et celle de l’hydrogène se retrouvent dans la masse d’eau obtenue.
L’eau est donc bien un corps composé.
" ainsi, déclare Lavoisier, soit qu’on opére par voie de décomposition ou de recomposition, on peut regarder comme constant et aussi bien prouvé qu’on puisse le faire en chimie et en physique, que l’eau n’est point une substance simple ; qu’elle est composée de deux principes, l’oxygène et l’hydrogène" (Lavoisier, traité élémentaire de chimie, 1789, page 100).
Montage pour la décomposition de l’eau par Lavoisier
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Vie et mort des quatre éléments ?
A la fin du 18ème siècle le chimiste Lavoisier et ses collaborateurs ont donc signé l'acte de mort des quatre éléments en tant que théorie scientifique. Aucun d'entre eux ne résiste :
- Le feu n'est plus la substance matérielle que ses prédécesseurs immédiats ont cru pouvoir caractériser sous le nom de "phlogistique". Les combustions s'expliquent par des réactions entre éléments chimiques.
- L'air est en réalité un mélange de gaz dont les principaux sont l'azote et l'oxygène.
- L'eau peut se décomposer en oxygène et hydrogène.
- La terre a depuis longtemps perdu , avec l'alchimie, son statut d'élément.
Du point de vue scientifique l'affaire est entendue : oublions les quatre éléments.
Rien n’empêche pour autant qu’elle poursuive une carrière dans la poésie, la littérature, l’art en général. Le feu, l’air, l’eau, la terre, resteront encore longtemps des valeurs repères de nos représentations collectives, conscientes ou inconscientes. Chassées de la chimie académique, elles n’ont pas pour autant quitté les esprits.
Renaissance ?
C'est un scientifique et philosophe, Gaston Bachelard (1884-1962), qui les fait renaître sous une forme poétique dans "La psychanalyse du feu", "L’eau et les rêves", "L’air et les songes", "La terre et les rêveries de la volonté". La psychanalyse se définit comme une exploration de l'inconscient, les quatre éléments y seraient-ils durablement inscrits ?
Leur retour avec l'écologie ?
L'écologie ne rejette pas les enseignements de Lavoisier qui a exclu les quatre éléments de la réflexion scientifique. Elle est une des filles des sciences. Ce sont les scientifiques aujourd'hui regroupés dans le GIEC qui nous alertent, chiffres à l'appui, sur la catastrophe climatique qui s'annonce. D'autres scientifiques font le bilan de la perte de biodiversité qui menace allant même jusqu'à évoquer une sixième extinction en cours. Ce sont des agronomes qui dénoncent les dégâts de l'agriculture productiviste et proposent d'autres alternatives. L'écologie militante se nourrit de leurs recherches.
Pourtant les connaissances scientifiques ne s'opposent pas à la rêverie poétique. Il est remarquable que c'est encore souvent autour des quatre éléments que s'organise la réflexion des écologistes dans le débat public.
Le feu, c'est l'énergie. L'économiser, des énergies renouvelables non polluantes pour remplacer les énergies d'origine fossile ou nucléaire. Tel est le débat.
L'air ? On commence à peine à mesurer les effets de la pollution de l'air sur la santé (50.000 décès prématurés par an en France). Quant à l'augmentation des gaz à effet de serre et leur action sur le climat, tout a été dit.
L'eau. Sa pollution est dénoncée mais aussi son partage inégal sur la planète sans parler des sécheresses qui gagnent ici et des inondations ailleurs.
La terre. Celle qui nous nourrit. On semble seulement découvrir qu'elle est le résultat d'un long processus biologique que la chimie et la mécanique s'emploient à détruire.
Ainsi les quatre éléments de Empédocle, Platon, Aristote, trouvent une nouvelle jeunesse au service de la qualité de la vie sur notre Planète.
Suivre le parcours de l’oxygène depuis les grimoires des alchimistes jusqu’aux laboratoires des chimistes, avant qu’il n’investisse notre environnement quotidien.
Aujourd’hui, les formules chimiques O2, H2O, CO2,… se sont échappées des traités de chimie et des livres scolaires pour se mêler au vocabulaire de notre quotidien. Parmi eux, l’oxygène, à la fois symbole de vie et nouvel élixir de jouvence, a résolument quitté les laboratoires des chimistes pour devenir source d’inspiration poétique, picturale, musicale et objet de nouveaux mythes.
À travers cette histoire de l’oxygène, foisonnante de récits qui se côtoient, s’opposent et se mêlent, l’auteur présente une chimie avant les formules et les équations, et montre qu’elle n’est pas seulement affaire de laboratoires et d’industrie, mais élément à part entière de la culture humaine.
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.
Qui entend le mot « nitrates », aujourd’hui, pense inévitablement engrais et lisiers en excès, rivières et côtes polluées. Pour le chimiste la particule de nitrate, symbolisée par la formule NO3-, est simplement un « ion » constitué d’un atome d’Azote et de trois atomes d’Oxygène. C’est le chimiste français Lavoisier qui, à la fin du 18ème siècle, a su voir que ces deux corps étaient les constituants de l’air mais aussi qu’ils se combinaient dans le « nitre » c’est à dire le salpêtre. On sait aujourd’hui que ce « sel de la pierre » que l’on recueillait sur les murs des lieux humides est du nitrate de potassium.
Elément essentiel de la "poudre noire".
Depuis que la « poudre noire » découverte en Chine a été introduite dans l’Europe médiévale on connaît l’importance du salpêtre. Avec le carbone et le soufre, il constitue l’un des trois principaux éléments du premier explosif utilisé par l’homme. Les nitrates sont encore à la base des explosifs plus violents mis au point dans le courant du 19ème siècle comme la nitroglycérine synthétisée en 1846 par l’italien Asciano Sobrero et stabilisée par Alfred Nobel sous la forme de dynamite ou encore la mélinite et le TNT (trinitrotoluène).
L’industrie des explosifs a donc été, historiquement, la première utilisatrice des nitrates. Lavoisier lui même n’était il pas chargé de la régie des poudres ?
Quand la chimie rencontre l’agriculture.
Au cours de l’année 1840 , l’allemand Justus von Liebig publie sa « Chimie organique appliquée à la physiologie et à l’agriculture ». Il y démontre que seuls les éléments minéraux contenus dans le sol interviennent dans la nutrition des plantes. Parmi ceux ci, les nitrates jouent un rôle essentiel. Il faut donc rendre à la terre les quantités que la végétation y a prélevées.
C’est exactement la théorie dont avait besoin la jeune industrie chimique naissante. Le chimiste devenait dès lors le collaborateur indispensable de l’agriculteur, d’abord pour l’analyse de ses sols, ensuite pour la détermination de la formule de l’engrais nécessaire à la production envisagée.
Le message est d’abord entendu en Angleterre. Les anglais, peuple pionnier en agriculture, importent des tonnes de guano et de nitrates du Chili. Dans les années 1860 la Grande Bretagne consomme 500 000 tonnes d’engrais, autant que tout le reste de l’Europe et 10 fois plus que la France . Pourtant le physicien William Crookes estime que ses concitoyens sont encore trop timides :
« Qu’allons nous devenir si le blé vient à manquer ? Nous sommes nés mangeurs de blé. D’autres races plus nombreuses, mais très différentes au point de vue des progrès matériels et intellectuels, mangent du maïs, du riz, du millet et d’autres grains, mais aucun n’a la valeur nutritive, le pouvoir alimentaire du blé, et c’est par l’expérience accumulée de plusieurs générations civilisées que nous avons appris toute la valeur du blé comme agent développeur des muscles et du cerveau...La Fixation de l’azote atmosphérique est une des grandes découvertes qui sollicitent encore l’ingéniosité du chimiste : la vie, la santé et le bonheur des races civilisées en dépendent...La fixation de l’azote est une question vitale pour le progrès de l’humanité dans un avenir très rapproché. Si elle n’est pas bientôt résolue, la race Caucasique perdra sa suprématie dans le monde, et sera écrasée par des races dont la vie n’est pas liée à la production de pain. »
Ces propos teintés de racisme sont dans le droit fil du scientisme ambiant. Le discours de Crookes est sans ambiguïté :
« C’est le laboratoire qui sauvera l’humanité de la famine »
Message non désintéressé au moment où son auteur s’apprêtait lui même à se lancer dans l’aventure industrielle de la production de nitrates.
Le message oublié des agronomes.
Face à Crookes, les biologistes et les agronomes du 19ème siècle ont une attitude plus pragmatique. Pourquoi investir lourdement dans la production d’azote alors que la nature l’offre gratuitement. Elle a pourvu les sols de bactéries qui transforment les matières organiques en nitrates et les plantes légumineuses savent fixer l’azote de l’air. L’agriculture peut se suffire à elle même. Le travail de l’agriculteur consistera à alterner les productions, à apporter les amendements nécessaires, à équilibrer productions animales et végétales, à soigner la qualité du fumier, à perfectionner les charrues, à sélectionner les races les mieux adaptées, pour obtenir du milieu naturel le meilleur de ce qu’il peut fournir, au coût le plus faible.
Des explosifs aux engrais
Tant que les nitrates resteront un produit industriel de luxe, ce discours de raison sera entendu. C’est l’époque des comices agricoles et des efforts pour améliorer les rendements. Même si le propos n’allait pas toujours sans arrière-pensée politique (maintenir hors des villes une population docile), les principes techniques mis en œuvre s’apparentaient à ce que l’on pourrait appeler, aujourd’hui, un mode de production durable.
Les grands travaux de la fin du 19e siècle, et surtout les conflits armés, viennent changer la donne. Il faut de plus en plus de nitrates pour les explosifs !
Mais où trouver la matière première ? Combiner l’azote et l’oxygène de l’air apparaît comme une solution évidente mais, même si les produits de base sont gratuits, les procédés sont très coûteux .
Le conflit mondial de 1914-18 accélère le développement de cette industrie. L’Allemagne soumise au blocus ne peut compter que sur ses propres ressources. Sous la direction du chimiste Fritz Haber une équipe pluridisciplinaire met au point un procédé à haute température et à haute pression de production d’ammoniac à partir de l’azote de l’air, première étape dans la fabrication des nitrates. L’entreprise coûte cher mais la banque est mobilisée. Elle n’est pas sans danger mais nous sommes en temps de guerre. En 1912 l’usine pilote de Oppau près de Ludwigshafen produit une tonne par jour . En 1913 la production passe à 8700 tonnes par an. Haber fait fortune (il gagne 1 pfennig par kilogramme d’ammoniac produit), il est anobli avant de recevoir le prix Nobel en 1918.
La guerre finie, l’agriculture devient un débouché naturel pour les produits azotés de synthèse. C’est l’époque où des affiches invitent les agriculteurs au patriotisme agricole : devant un paysage de blés en gerbes un coq gaulois se dresse sur le barreau supérieur d’une clôture contre laquelle deux sacs d’engrais sont appuyés. Le slogan au bas de l’affiche est explicite :
« Fertiliser ses terres c’est servir son pays ».
Pour autant l’agriculteur ne se laisse pas si facilement convaincre. Dans le Finistère la bonne parole doit être prêchée en breton. Encore les engrais azotés n’y sont-ils présentés que comme des « vitamines » qu’il faut donner au sol pour le rendre vigoureux, le véritable « aliment » restant le fumier, le goëmon, le maërl et le sable coquiller.
Le décollage se fait après la deuxième guerre mondiale. Les « liberty ships » du plan Marshall déversent sur l’Europe les énormes surplus de nitrates libérés par l’industrie de guerre américaine. Cela ne se fait pas sans casse. Le 16 Avril 1947 à Texas-City le Liberty ship « Grandcamp » dont l’équipage d’une quarantaine d’hommes est français, charge du nitrate d’ammonium. 2300 tonnes sont à bord quand un feu se déclare dans la cale. L’incendie attire une foule de curieux, soudain c’est l’explosion. Le navire est pulvérisé, une de ses ancres sera retrouvée à plus de trois kilomètres. Tous les quais sont rasés, des incendies se déclarent, une vague balaie les décombres. Le bilan sera de 600 morts et de 3000 blessés. Trois mois plus tard, à Brest, l’ « Océan-Liberty » explose dans les mêmes circonstances complétant ainsi l’œuvre des bombardements et faisant à son tour 20 morts et plusieurs centaines de blessés.
Ces accidents ne ralentissent pourtant pas les importations. Il faut reconstruire les villes, il faut nourrir les populations tout en prélevant dans le milieu agricole l’essentiel de la main d’œuvre nécessaire. Il faut surtout fourbir les armes d’une nouvelle guerre, une guerre « froide » qui se mène d’abord sur le terrain de l’économie. La course au rendement est lancée, c’est le début des « trente glorieuses », ces années de développement productiviste qui s’achèvent aujourd’hui dans la plus grande confusion.
100 ans de nitrate d’ammonium, de la guerre à l’agriculture.
Le nitrate d’ammonium responsable de l’explosion d’un entrepôt dans le port de Beyrouth le 4 août 2020 mais aussi de l’usine AZF à Toulouse en 2001 a connu une genèse tortueuse.
1909 : Le chimiste allemand Fritz Haber met au point un procédé chimique de synthèse de l’ammoniac par hydrogénation du diazote (lequel représente 80% de la composition de l’atmosphère terrestre). Quoique nécessitant beaucoup d’énergie fossile, sa fabrication est peu coûteuse. Fritz Haber est appuyé par l’ingénieur Carl Bosch de la société BASF qui a acquis les droits de l’invention. Celui-ci conçoit une chaîne de fabrication industrielle sûre.
1913 : La première usine de fabrication d’ammonitrate selon le procédé Haber Bosch est inaugurée à Ludwigschaffen, siège historique de BASF. Jusqu’à cette date, le but premier du procédé est de fournir aux plantes l’azote qu’elles ne peuvent naturellement fixer. Il s’agit ainsi de suppléer à la disponibilité variable des engrais organiques provenant des effluents d’animaux. Mais la Première guerre mondiale vient tout bousculer. Le procédé Haber Bosch peut également produire des acides nitriques pour des explosifs puissants. De 1914 à 1918, toute la production de BASF a ainsi été utilisée par l’armée allemande. Fritz Haber a été honoré du prix Nobel de chimie en 1918.
1919 : Le procédé Haber Bosch fait partie des négociations d’armistice. Les alliés veulent s’emparer des brevets que les industriels allemands ont rendus inexploitables. Ainsi que le raconte le site guerredesgaz.fr, ce sont des tractations secrètes notamment avec Carl Bosch, des débauchages d’ingénieurs, des mises sous séquestre des usines BASF ont permis de diffuser à grande échelle la technologie, laquelle retrouve sa vocation agricole.
1945 : C’est principalement après la seconde guerre mondiale que les engrais minéraux vont s’imposer partout dans le monde. Le procédé Haber Bosch est à l’origine de la révolution agricole. Il permet en effet de dissocier les animaux de la culture des plantes. Les grandes cultures s’affranchissent de la proximité des élevages pour l’amendement par les effluents des troupeaux. Dès lors, les régions se spécialisent. Si aujourd’hui, la Beauce est exclusivement une terre de céréales et la Bretagne une région d’élevage, c’est donc en partie du fait d’Haber Bosch. En 2018, selon l’Union des industries de la fertilisation (Unifa) qui regroupe 50 producteurs nationaux, l’agriculture française a utilisé 2,66 millions de tonnes d’ammonitrates.
Depuis les années 1980, ce système atteint ses limites. Les pollutions des eaux de surface et de l’air par les nitrates produisent des marées vertes d’algues en Bretagne et des pollutions sévères de l’air en Ile de France.
Un des enjeux de la Politique agricole commune (PAC) en cours de discussion à Bruxelles est justement de corriger les excès et de revenir à la polyculture-élevage qui prévalait avant l’invention de Fritz Haber.
L’actualité est riche en contestation des ondes électromagnétiques, qu’elles soient issues des lignes à haute tension, des antennes radio, radar ou téléphoniques.
Pourtant il fut un temps où des médecins transformaient leurs patients en antennes afin de les soumettre à ces ondes, alors supposées bénéfiques.
Difficile d’imaginer, aujourd’hui, un monde sans radio, sans télévision, sans téléphone portable, sans internet, toutes techniques reposant sur l’émission et la réception d’ondes électromagnétiques.
Théorisées par Maxwell et observées pour la première fois par Hertz, en 1889, elles ont été considérées comme l’un de ces fabuleux cadeaux apportés à l’humanité par la fée électricité.
Electricité et médecins.
A chaque étape de son développement, l’électricité a éveillé l’intérêt de médecins, persuadés qu'un tel fluide ne pouvait qu’être bénéfique au traitement de leurs patients.
William Gilbert (1544-1603), qui a inventé le mot "électricité" à partir du mot grec "elektron" qui désignait l’ambre, était lui-même médecin. En effet, l’ambre faisait encore partie de l’arsenal thérapeutique de son temps et, même si son efficacité était déjà contestée, l’idée d’utiliser ce "fluide électrique" obtenu par le frottement le l’ambre mais aussi de corps aussi ordinaires que le verre et le soufre, était tentante.
En l’année 1885, la revue La Nature décrit l’installation d’un concentré de machines électriques supposées soigner les patients de l’hôpital de la Salpêtrière à Paris.
Le docteur Romain Vigouroux (1831-1895) qui officiait dans ce service pouvait ainsi "traiter", à la chaîne, 200 personnes par séance.
Notons ici que bains électriques et piqures électriques étaient administrés sous forme de courant continu, négatif ou positif suivant l’imagination du praticien. (Voir)
Bientôt, les courants alternatifs de haute fréquence mis au point par Tesla, et les ondes électromagnétiques émises par les circuits parcourus par ces courants, allaient trouver de nouveaux adeptes.
Tesla et les courants de hautes fréquence.
Dans une communication faite en mai de 1891, Nicolas Tesla décrivait le procédé d’obtention de ces ondes et quelques unes de leurs propriétés.
L’une, en particulier, était spectaculaire. En tenant, à proximité de l’émetteur, un tube contenant un gaz raréfié, on voyait celui-ci s’illuminer alors que ses extrémités n’étaient reliées à aucun conducteur.
Un siècle plus tard, l’expérience est régulièrement répétée avec un tube d’éclairage au néon à proximité des lignes à haute tension, prouvant ainsi l’existence d’un champ électrique notable dans leur voisinage . Ce qui, en général, n’est pas pour plaire aux riverains.
Darsonval et la "Darsonvalisation"
Jacques Arsène d’Arsonval (1851-1940) est médecin et électricien. Concepteur du premier téléphone homologué par le minsitère des PTT en France, il est le fondateur en 1894 de l’Ecole Supérieure d’Electricité et, dans le même temps, membre de l’Académie de Médecine.
Il met au point une méthode thérapeutique au moyen des courants de haute fréquence qui prendra le nom de "Darsonvalisation" (voir dans La Nature, 1894-1). Celle-ci est décrite dans l’ouvrage de son collègue H. Bordier,précis d’électrothérapie, dont il écrit la dédicace.
Dans l’un des dispositif, utilisé par le docteur Bordier, le patient est placé au coeur même de ce qui peut être considéré comme un émetteur d’ondes électromagnétiques de haute fréquence.
Pour répondre aux inquiétudes des populations soumises aux ondes électromagnétiques on trouve toujours, aujourd’hui, une "commission d’experts" pour nous affirmer que ces effets sont imaginaires.
D’Arsonval, quant à lui s’emploie à vouloir prouver que, bien au contraire, les effets sont réels et spectaculaires. Il combat en ce sens l’opinion de ses confrères qui, dit-il, s’ils "n’osent plus contester les vertus curatives de l’électricité, en donnent volontiers encore une explication qui en constitue la négation détournée - Dans la plupart des cas, disent-ils, l’électricité guérit par suggestion.
Il est à remarquer qu'aujourd'hui c'est encore la "suggestion" qui est mise en avant pour expliquer les maux des personnes se disant électrosensibles par ceux qui en contestent la réalité.
Mais pour en revenir à D'Arsonval, cette objection spécieuse n’est plus soutenable, déclare-t-il. "Pour la réfuter, il fallait montrer par des preuves objectives, de nature exclusivement physique et chimique, que le fonctionnement de la machine animale est profondément modifié par certaines formes de l’énergie électrique."
Le docteur Bordier décrit la méthode de d’Arsonval.
Dans l’Autoconduction " les tissus sont placés dans un champ électrique oscillant, créé par un solénoïde qui entoure de toute parts l’individu. Les tissus vivants sont alors le siège de courants induits extrêmement énergiques, grâce à la fréquence de la source électrique ; ils se comportent comme des conducteurs fermés sur eux mêmes, et sont parcourus par des courants d’induction de grande intensité."
La preuve "objective" d’un effet physique ?
" si l’on continue à soumettre, pendant un temps assez long, le sujet à l’auto-induction, on voit la peau se vasculariser et se couvrir de sueur". Par ailleurs " comme l’ont bien établi les expériences de M. d’Arsonval, à l’aide de sa méthode calorimétrique, aussi précise qu’élégante, les courants de haute fréquence augmentent la quantité de chaleur produite par l’homme et les animaux soumis à leur action."
Sur le plan physique, l’observation n’a rien d’étonnant. Les fours à micro-ondes sont l’exemple même des effets possibles de tels courants poussés à leur extrême. Il se dit d’ailleurs que l’ingénieur Percy Spencer, qui a inventé les fours à micro-onde, a eu cette idée alors qu’il travaillait à la construction de magnétrons, éléments des antennes des radars. Etant à proximité d’un radar en activité, il constata qu’une barre chocolatée avait fondu dans sa poche. Plus tard il fera éclater des pop-corns et cuire un oeuf à proximité de la même antenne.
Sans aller jusqu’à cuire son patient, une action thermique de "l’antenne Darsonval" est donc constatable mais pour le reste que peut-on guérir par une telle méthode ?
Tout ! Et particulièrement les maladies "nerveuses" qui sont "à la mode" de l’époque et font le bonheur des Charcot, Freud et autres thérapeutes. Nous n’en donnerons pas ici le détail.
Les modes changent rapidement et bientôt une spectaculaire panacée envahira les cabinets des médecins. Des ondes produites par une simple ampoule à vide et capables de traverser le corps humain : les rayons X !
L'application des ondes hertziennes au traitement de certaines maladies n'a rien de mystérieux. Elle découle tout naturellement de l'action physiologique de ces Une lampe de 4.000 watts. ondes sur l'organisme humain. Placez un sujet quelconque dans un champ oscillant : vous observerez immédiatement l'activation du cours du sang, la régularisation et l'abaissement de la tension artérielle, l'augmentation d'amplitude des pulsations cardiaques, la multiplication et l'enrichissement des globules du sang. En même temps le fonctionnement des glandes à sécrétion interne, dont vous connaissez le rôle prépondérant sur l'équilibre de notre santé et même sur la forme de notre corps, s'active et se régularise. Et tout cela sans le moindre danger...
LA FIÈVRE ARTIFICIELLE : La plus remarquable de ces applications, tant par la gravité des maladies auxquelles elle s'adresse que par les résultats qu'on en obtient, est, sans conteste, la production de la fièvre artificielle. » Depuis longtemps déjà les médecins cherchaient à guérir certaines maladies par la fièvre de choc. Il faut bien savoir en effet que, loin d'être en elle-même une maladie, la fièvre est au contraire l'expression de la lutte de l'organisme contre la maladie. Il devait donc tout naturellement venir à l'esprit du médecin de créer artificiellement une réaction salutaire. » C'est ainsi que, pour combattre la paralysie générale, le tabès, la sclérose en plaques, la maladie de Parkinson et d'autres infections graves, les médecins employèrent d'abord l'inoculation de la malaria ou l'injection de certains produits chimiques. Mais, si ces procédés donnaient déjà des résultats intéressants, ils n'allaient pas sans le grave inconvénient de lâcher à l'aveugle dans la circulation des produits dont le médecin n'était plus le maître. Aussi, dès que parurent les ondes courtes, pensa-t-on à les utiliser comme agent provocateur de la fièvre artificielle. » Et, d'emblée, disparurent tous les inconvénients qui viennent d'être signalés. » De sorte que la médecine possède maintenant, grâce aux ondes courtes, un moyen simple et sans danger de diriger et de doser comme elle l'entend cette réaction bienfaisante que constitue la fièvre artificielle.
Voir, par exemple, cette publicité : L’Equilios est un générateur d’ondes électromagnétiques pulsées à haute fréquence de dernière génération.
Cette action électromagnétique fut aussi appelée “darsonvalisation” et utilisée jusqu’au début des années 50. Elle tomba en désuétude avec l’avènement des grands laboratoires pour renaître ensuite avec l’Equilios.
Avec toujours les mêmes propositions miracles des marchands de "pseudo-science".
Imperceptibles, les champs électromagnétiques peuvent avoir des effets sur la santé de l’Homme. Il est donc important de rappeler quelques notions afin d’évaluer le risque lié à l’exposition aux champs électromagnétiques au poste et dans l’environnement de travail. Cette évaluation sert de base pour la mise en place de mesures de prévention permettant de réduire les expositions professionnelles.
The first International Exposition of Electricity in Paris ran from August 15, 1881 through to November 15, 1881 at the Palais de l’Industrie on the Champs-Elysees.
It served to display the advances in electrical technology since the small electrical display at the 1878 Universal Exposition. Exhibitors came from the United Kingdom, United States, Germany, Italy and Holland, as well as from France.
This show was a great stir. The public could admire the dynamo of Zénobe Gramme, the incandescent light bulbs of Thomas Edison, the Théâtrophone, the electric tramway of Werner von Siemens, the telephone of Alexander Graham Bell, an electrical distribution network by Marcel Deprez, and an electric car by Gustave Trouvé.
The first International Congress of Electricians.
As part of the exhibition, the first International Congress of Electricians, which met in the halls of the Palais du Trocadero, presented numerous scientific and technical papers, including definitions of the standard practical units volt, ohm and ampere.[1]
George Berger was the Commissioner General. Aside from the provision of the building by the French government, the exhibition was privately financed. Organizers would donate profits to scientific works in the public interest.
Adolphe Cochery, Minister of Posts and Telegraphs of the time, had initially suggested that an international exposition should be held.[2]
Among the exhibits were :
Apparatus for production and transmission of electricity, natural and artificial magnets, and compasses, devices used in the study of electricity, many applications of electricity (sound, heat, light, electroplating, electrochemistry, signage, power,industrial applications, agricultural and domestic), lightning, old instruments in connection with electricity.
The Edison dynamo.
Electric lighting was one of key developments on display at the exposition, with up to 2500 electric lamps in use. Comparative testing of Edison, Swan, Maxim, and Lane-Fox incandescent lamps were conducted by William Crookes to establish the most efficient form of lamp.[3]
A : Edison lamp.
B : Maxim lamp.
C : Swan lamp
Using the described Théâtrophone apparatus, visitors could hear the live opera two kilometres away.
La science grecque qui s’était réfugiée dans l’Egypte d’Alexandrie a trouvé ses héritiers chez les lettrés arabes. L’Europe s’éveille du " moyen âge ", cette longue succession de siècles traditionnellement, et souvent injustement, décrits comme ceux du plus profond obscurantisme.
Il n’était pas sans danger, au cœur du 13ème siècle, de s’intéresser de trop près aux propriétés attractives de l’ambre ou de l’aimant. Le Franciscain Roger Bacon (1214-1294), considéré comme l’un des premiers expérimentateurs médiévaux, en a fait la douloureuse expérience. Ses pratiques ayant été dénoncées et condamnées, il connut de longues années d’emprisonnement. Certains de ses confrères n’ont pas eu la même chance, leur carrière et leurs écrits ont fini sur les bûchers de l’Inquisition.
Nous sommes donc parvenus au cœur de la " Renaissance ". Une nouvelle liberté règne dans les arts et les lettres. On peut à nouveau s’intéresser aux phénomènes attractifs sans être soupçonné de commerce avec le diable. William Gilbert (1544-1603), médecin de la reine Elisabeth d’Angleterre, a décidé de s’y employer. Sous le titre " De Magnete " (au sujet de l’aimant), il publie les résultats de l’étude approfondie du magnétisme à laquelle il s’est consacré. Il y traite également de l’attraction de l’ambre jaune frotté. A cette occasion il forge le mot " électrique ".
Buste de William Gilbert dans la bibliothèque du Trinity College à Dublin.
Comment aurait-il pu imaginer que la rigueur de sa conduite expérimentale et la clairvoyance de ses conclusions allaient, non seulement, ouvrir une voie royale à une nouvelle branche du savoir, mais aussi, révolutionner la civilisation humaine dans son ensemble.
Gilbert a suivi, à Cambridge, les études classiques d’un étudiant en médecine. Mathématiques et astronomie, dialectique, philosophie, physique aristotélicienne, métaphysique et éthique occupent ses quatre premières années. Les études médicales par elles-mêmes consistent pour l’essentiel en lectures de Galien et de ses commentateurs. Le médecin grec qui avait structuré, à Rome, au deuxième siècle de notre ère, la théorie des quatre "humeurs" (sang, phlegme, bile jaune et bile noire) et des quatre "tempéraments" (sanguin, phlegmatique, colérique et mélancolique), est encore la seule autorité reconnue par le Collège Royal des Médecins. Tout se passe comme si aucune observation, aucune technique nouvelle, n’était venue enrichir l’art de guérir depuis plus de dix siècles. Gilbert refuse un savoir ainsi figé. Il complète donc ses études de façon autodidacte. Avant même d’obtenir son doctorat, en 1569, il a commencé à étudier les propriétés de l’aimant.
Le nouveau médecin crée un cabinet à Londres au milieu de l’année 1570. Il se fait rapidement une clientèle dans l’aristocratie et les milieux intellectuels de la capitale et devient un membre influent du collège des médecins. En parallèle, il poursuit ses études particulières avec beaucoup « de peine, de veilles et de dépenses ». Deux livres sont issus de ce travail. Le plus remarquable, « De Magnete », paraît en 1600. Année heureuse pour son auteur ! Il est, au même moment, choisi comme médecin attitré de la reine et promu à la présidence du Collège Royal de Médecine.
Naissance de l’électricité :
Comme son titre l’indique, De Magnete, est essentiellement consacré à l’aimant, c’est à dire au minerai que nous désignons aujourd’hui par le terme d’oxyde magnétique et qui est aimanté de façon naturelle. L’ouvrage est une bonne synthèse des connaissances du moment. Il accrédite l’idée que la terre est, elle-même, un énorme aimant. Nous en reparlerons.
Pour le moment, l’aspect de l’ouvrage qui mérite notre intérêt immédiat réside ailleurs. Il est contenu dans le long chapitre consacré à l’ambre. Ce faisant, Gilbert vise un objectif : il souhaite établir, de façon sûre et définitive, la différence entre l’attraction de l’ambre et celle de l’aimant.
Ce travail était de la première urgence. La tradition confondait régulièrement ces deux types d’action. Thalès, le premier, avait été cité comme « communiquant la vie aux choses inanimées » en utilisant aussi bien l’ambre que l’aimant. Pourtant les différences ne pouvaient que s’imposer à qui décidait de se fier à l’observation plutôt qu’aux seuls textes hérités des anciens.
Gilbert n’était pas le premier à avoir insisté sur ces différences. Au milieu du 16ème siècle l’Italien Girolamo Cardano, que nous désignons en France sous le nom de Jérôme Cardan, en avait déjà établi une première liste. Cardano était lui-même médecin, la poudre d’aimant naturel, comme celle d’ambre, faisait vraisemblablement partie des remèdes qu’il proposait à ses patients.
Cardano trouvait cinq comportements différents à l’ambre et l’aimant. Nous en retiendrons trois :
1) L’ambre attire toutes sortes de corps. L’aimant n’attire que le fer.
2) L’action de l’ambre est provoquée par la chaleur et le frottement, celle de l’aimant est permanente.
3) L’aimant n’attire que vers ses pôles. L’ambre vers n’importe quelle partie frottée.
Gilbert reprend ces propositions à son compte. Il y ajoute deux observations :
1) Une surface mouillée ou une atmosphère humide supprime l’effet de l’ambre. Ce qui n’est pas le cas pour l’aimant.
2) la propriété attractive de l’ambre, contrairement à celle de l’aimant, appartient à une grande variété de substances.
Au regard de l’histoire de l’électricité, c’est naturellement cette dernière observation qui est la plus remarquable.
L’électricité est une propriété générale de la matière.
Gilbert savait déjà, après avoir lu les auteurs grecs, que l’ambre n’était pas le seul corps présentant des propriétés attractives. Le diamant, autre parure des hommes et des dieux, en était lui-même pourvu. La question se pose donc tout naturellement : peut-on élargir encore la liste des corps présentant la propriété qu’il désigne par le terme " électrique " ? Ce mot, forgé par Gilbert en référence à l’ambre, aura, comme nous le savons, une belle carrière.
Guidé par une intuition encore influencée par la tradition, Gilbert commence donc ses investigations par les gemmes et les pierres précieuses.
Pour s’aider dans sa recherche il utilise un instrument inspiré de son étude du magnétisme : une aiguille métallique d’une dizaine de centimètres montée sur un pivot. N’importe quel métal convient. Le cuivre, par exemple, ou encore l’argent. Le fer conviendrait également, mais mieux vaut l’écarter si on souhaite éviter toute confusion avec le magnétisme : un aimant n’a aucune action sur une aiguille de cuivre ou d’argent. Ce " versorium ", comme Gilbert le nomme, est un détecteur très sensible. Il permet de mettre en évidence des attractions qui resteraient cachées si on ne cherchait à attirer que des bouts de ficelle ou de papier posés sur une table. Gilbert établit ainsi une liste d’au moins 23 corps " électriques ".
Les plus humbles se révèlent, souvent, être les plus actifs. Deux en particulier se distinguent : le soufre et le verre. Quoi de plus banal que ces deux matériaux ? Pourtant ils se montrent bien plus efficaces qu’une boule d’ambre de belle taille. Ils le sont à tel point qu’on s’étonne de constater qu’il aura fallu vingt siècles avant qu’on en prenne conscience.
On mesure l’obstacle dressé, sur le chemin de la connaissance par la valorisation mythique de l’ambre. Comme si l’idée même de chercher dans des matières ordinaires la propriété attractive avait pu paraître sacrilège. Après Gilbert, le verre, le soufre deviendront les matériaux expérimentaux de choix.
Mais n’oublions pas que l’objectif était de mettre en évidence les natures différentes de l’attraction magnétique et de l’attraction électrique. Il était donc atteint au-delà de toute espérance. D’un côté il existe bien une propriété qu’on ne rencontre que dans la "pierre d’aimant" ou, de façon temporaire, dans l’acier mis au contact d’un aimant. De l’autre il est déjà possible de dresser une liste de plus de vingt corps qui, frottés, peuvent manifester la propriété attractive de l’ambre.
Avec le recul, cette distinction pourrait apparaître comme un obstacle sur la route qui, deux siècles plus tard, mènera à la fusion des deux disciplines et à la naissance de l’électromagnétisme. En fait, cette séparation temporaire doit être considérée comme une première étape essentielle. En laissant les deux savoirs se développer de façon parallèle on a permis leur épanouissement. C’est le lent cheminement qui a mené de l’ambre à la " bouteille de Leyde " puis à la " pile de Volta " qui a permis de produire les courants électriques qui alimenteront bientôt les électroaimants.
Si on doit reconnaître à Gilbert le mérite d’avoir étayé la distinction entre "électrique" et "magnétique", nous lui devons par dessus tout d’avoir su " banaliser " la propriété attractive de l’ambre et d’en avoir gommé le caractère " magique ". D’avoir, à la fois, ouvert la voie d’une nouvelle discipline et de l’avoir baptisée.
Gilbert meurt trois ans après la publication de son ouvrage sur le magnétisme. Il n’aura pas eu le temps d’écrire celui qui serait venu le compléter et qui aurait pu s’intituler : "Au sujet des corps électriques".
Voici un ouvrage à mettre entre toutes les mains, celles de nos élèves dès les classes de premières S et STI de nos lycées, et entre les mains de tous les futurs enseignants de sciences physiques et de physique appliquée (tant qu’il en reste encore !).
L’auteur est un collègue professeur de sciences physiques, formé à l’histoire des sciences, et formateur des enseignants en sciences dans l’académie de rennes. Bref quelqu’un qui a réfléchi tant à l’histoire de sa discipline qu’à son enseignement et sa didactique, et cela se sent. Le style est fluide et imagé, bref, plaisant au possible...
...voici donc un bon ouvrage permettant de se construire une culture scientifique sans l’âpreté des équations de la physique.
Rien ne destinait Faraday à une carrière scientifique sinon sa soif de connaître. D’origine modeste (son père est forgeron), il quitte l’école à quatorze ans pour entrer comme courtier chez un libraire. Il en profite pour dévorer tous les livres qui passent à sa portée. Sa culture est bientôt remarquée par un client du magasin qui le recommande à Humphry Davy. Celui-ci l’engage comme assistant, en 1813, au laboratoire de la "Royal Institution". Il entre à la "Royal Society" de Londres en 1824 et, l’année suivante, en devient directeur du laboratoire.
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De la chimie à l’électrostatique.
Continuateur de Davy, il établira les lois quantitatives de l’action chimique du courant électrique. Il est d’ailleurs l’auteur du vocabulaire, inspiré du grec, de cette discipline : cathode (électrode de sortie du courant), anode (électrode d’entrée), ion (particule qui se déplace) vers l’anode (anion) ou vers la cathode (cation). Il mesure l’intensité d’un courant électrique en inventant le "voltamètre", électrolyseur dont les électrodes sont coiffées de tubes à gaz gradués. Ses travaux feront avancer les notions d’atome et de poids atomique énoncées plus tard par Dalton. Juste reconnaissance, on donnera le nom de "faraday" à l’unité représentant la charge d’une "mole" d’électrons.
Avide de tout ce qui touche à l’électricité, il en explore l’ensemble des domaines. Par exemple celui de l’électrostatique. Chacun connaît la "cage de Faraday", enceinte conductrice grillagée qui isole des effets électriques. Dans les démonstrations effectuées par les musées scientifiques, le "cobaye humain" enfermé dans la cage ne voit pas sans inquiétude les éclairs dont on le bombarde. Ils lui sont pourtant totalement inoffensifs, apportant ainsi la preuve que la meilleure protection, en temps d’orage, est un habitacle métallique, par exemple celui d’une automobile.
Le nom donné à l’unité de capacité, le "farad" rappelle cet apport à l’électrostatique et à l’étude des "diélectriques" (ce terme, qui désigne les isolants, est également de Faraday).
Faraday et l’électromagnétisme
L’électromagnétisme est, cependant, le domaine où il donne toute la mesure de son talent imaginatif. Sa première publication sur l’électromagnétisme date de septembre 1821. Un an après celle de Ampère. Faraday y montre comment un aimant peut tourner autour d’un courant électrique et inversement comment un élément de circuit électrique peut tourner autour d’un aimant.
Le montage est simple. Dans un vase plein de mercure un aimant droit est à demi immergé verticalement, un pôle sortant légèrement de la surface du liquide. L’autre pôle est relié, par un lien souple, à la base du vase. Un conducteur vertical plonge au centre du vase, à proximité de l’aimant. On y établira un courant électrique en reliant une pile entre son extrémité supérieure et la base du vase contenant le mercure.
Le courant étant établi, si le fil est maintenu fixe, l’aimant tourne autour de celui-ci. Si, à l’inverse, le fil est libéré et l’aimant maintenu fixe, c’est le fil qui tourne autour de l’aimant.
Ces mouvements ininterrompus sont bien autre chose que les brèves attractions et répulsions observées entre aimants ou entre électroaimants.
Ampère sera le premier à noter l’importance du phénomène. Dans une communication à l’Académie des sciences, du 8 avril 1822, sur les nouvelles expériences électro-magnétiques faites par différents physiciens depuis le mois de mars 1821, il souligne les nouveaux progrès de cette branche de la physique dont, dit-il, "nous ne soupçonnions pas même l’existence il y a seulement deux années et qui déjà nous a fait connaître des faits plus étonnants peut-être que tout ce que la science nous avait jusqu’à présent offert de phénomènes merveilleux". Il note, en particulier, l’apport essentiel de l’expérience de Faraday :
"Un mouvement qui se continue toujours dans le même sens, malgré les frottements, malgré la résistance des milieux, et ce mouvement produit par l’action mutuelle de deux corps qui demeurent constamment dans le même état, est un fait sans exemple dans tout ce que nous savions des propriétés que peut offrir la matière inorganique".
Le montage annonce les "moteurs" électriques. Le premier, digne de ce nom, sera imaginé par Barlow en 1822 : une roue dentée dont les pointes plongent dans une cuve de mercure est placée entre les branches d’un aimant en fer à cheval. Quand le courant passe du mercure à l’axe de la roue, elle tourne. La "roue de Barlow" est encore présente dans les collections des laboratoires de la plupart des établissements d’enseignement secondaire.
Roue de Barlow
Du moteur à la génératrice.
Il faut attendre 1831 pour que Faraday fasse l’observation des "courants induits" qui amènera à la construction des premières génératrices.
L’idée est simple : si un courant électrique peut "créer" un aimant, un aimant doit être capable de "créer" un courant.
"Ces considérations, dit-il, l’espoir d’obtenir de l’électricité à partir du magnétisme ordinaire, m’ont stimulé à différents moments pour enquêter expérimentalement sur les effets inductifs des courants électriques. Je suis arrivé tardivement à des effets positifs ; et non seulement mes espoirs ont-ils été remplis, mais j’ai obtenu une clef qui m’a semblé ouvrir l’explication des phénomènes magnétiques d’Arago et aussi de découvrir un nouvel état qui aura probablement une grande influence dans certains des effets les plus importants des courants électriques."
L’expérience d’Arago avait fortement impressionné ses contemporains. Un disque horizontal de cuivre, ou d’un autre métal bon conducteur, mis en rotation, entraînait dans son mouvement une aiguille aimantée placée au dessous.
Les montages utilisés par Faraday pour son "enquête expérimentale" sont d’une étonnante simplicité.
D’abord, il enroule ensemble, sur un même cylindre de bois, deux "hélices" de fil de cuivre. Ces hélices (Ampère dirait solénoïdes) comportent chacune plus de 200 spires conductrices isolées.
La première bobine est reliée aux pôles d’une "batterie voltaïque" comportant dix paires de plaques cuivre/zinc de 10cm environ de côté.
La seconde est reliée à un galvanomètre. Cet instrument, encore rudimentaire, est composé d’une aiguille aimantée montée sur un pivot et placée, en direction nord-sud, dans une bobine de fil conducteur enroulé sur un cadre rectangulaire. Le passage d’un courant dans la bobine peut être repéré, voire mesuré, par la déviation de l’aiguille.
Un courant est établi dans la première bobine. L’électroaimant ainsi créé va-t-il induire un courant dans la seconde ?
L’expérience est un échec. L’aiguille du galvanomètre reste immobile.
Faraday ne renonce pas et utilise, cette fois, une batterie voltaïque de 100 éléments. Le courant attendu n’est toujours pas au rendez-vous mais, remarque Faraday, "quand le courant fut mis, il y eut un soudain et très léger effet au galvanomètre et il y eut de même un léger effet quand le contact a été rompu". Il remarque également que le courant "induit" observé dans la deuxième hélice lors de la fermeture du circuit "inducteur" était inverse de celui observé lors de l’ouverture du circuit.
Pour autant, Faraday n’est pas satisfait : obtenir un si faible effet, par le moyen aussi énergique qu’une batterie de 100 éléments, est véritablement décevant. Il imagine, alors, un montage susceptible de mieux répondre à son attente.
Prendre un anneau de fer doux de deux centimètres de section et de quinze centimètres de diamètre. Sur la moitié de l’anneau une hélice, A, de fil de cuivre de 200 spires est enroulée et reliée à une batterie de 10 plaques. Une autre hélice "secondaire" identique, B, est enroulée sur l’autre moitié et reliée à un galvanomètre.
A la fermeture du circuit "primaire", A, "le galvanomètre, constate Faraday, est immédiatement affecté de façon bien plus intense qu’avec la batterie 10 fois plus puissante utilisée auparavant". Avec la batterie de 100 plaques "l’effet est si grand que l’aiguille du galvanomètre se met à tourner 4 ou 5 fois avant que l’air ou le magnétisme terrestre ne réduise son mouvement à quelques oscillations".
Anneaux et solénoïdes utilisés par Faraday
La dernière expérience est devenue un classique des cours de physique. Elle consiste à utiliser un barreau aimanté et une bobine conductrice : " l’aimant est rapidement plongé dans la bobine, immédiatement l’aiguille est déviée… l’aimant étant retiré, l’aiguille est déviée dans la direction opposée". La même expérience peut être réalisée en utilisant un solénoïde alimenté en courant (un électroaimant) au lieu d’un aimant permanent.
Plus démonstratif encore : le montage de la "roue de Barlow" est repris. La roue de cuivre dont les pointes touchent au mercure et qui est placée entre les branches d’un aimant en U est, cette fois, simplement reliée à un galvanomètre. Quand on lui imprime un mouvement de rotation, un courant permanent est détecté au galvanomètre pendant toute la rotation. Le "moteur" électrique est donc réversible et peut se transformer en une "génératrice" capable de transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique.
Comment expliquer ces phénomènes ? Faraday construit progressivement un modèle original.
Lignes de force et champs :
Le concept d’action à distance proposé par Newton ne s’est pas imposé sans mal. Comment imaginer qu’un corps puisse agir là où il n’est pas. Seule la "magie" avait cette prétention. Descartes, rejetant le vide et décrivant l’univers comme une vaste mécanique entraînée par les rouages d’invisibles tourbillons, avait conservé l’adhésion de ceux qui faisaient, d’abord, confiance au sens commun.
Pourtant, l’efficacité mathématique des lois qui en étaient issues, avait imposé le concept d’action à distance, y compris dans le domaine de l’électricité et du magnétisme, avec les lois énoncées par Coulomb et Ampère.
Faraday n’est pas convaincu. Il est déjà difficile d’imaginer que deux corps puissent exercer, l’un sur l’autre, des forces à distance. Que dire alors de courants électriques créés à distance ? Pour Faraday, un lien matériel existe nécessairement entre aimant "inducteur" et courant "induit". Quelque chose agit dans l’espace qui les sépare.
Depuis les observations du Napolitain Giambattista Della Porta (1534-1615) et les schémas qu’en donne Descartes (1664), les physiciens savent réaliser un "spectre magnétique". Une surface lisse, carton ou verre, est placée sur un aimant. On la saupoudre de limaille de fer. Quelques secousses et on fait apparaître le "fantôme" qui hante l’environnement de cet aimant : des faisceaux de lignes semblables à des gerbes de blé : un "champ" magnétique dira Maxwell.
Ces lignes, Faraday les appellera "lignes de force magnétiques". De même des "lignes de force électriques" existent autour des corps chargés d’électricité.
lignes de force électriques entre deux charges opposées
Faraday, nous dit Maxwell, "voyait par les yeux de son esprit, des lignes traversant tout cet espace où les mathématiciens ne considéraient que des centres de forces agissant à distance ; Faraday voyait un milieu où ils ne voyaient rien que la distance ; Faraday cherchait le siège des phénomènes dans des actions réelles, se produisant dans ce milieu, tandis qu’ils se contentaient de l’avoir trouvé dans une puissance d’action à distance particulière aux fluides électriques". (introduction au "Traité d’Electricité et de Magnétisme. Maxwell. 1873)
Ces "lignes de force" (avec Maxwell, nous disons aujourd’hui "lignes de champ") ont, pour Faraday, des propriétés physiques concrètes et observables.
Par exemple, celles du champ électrique. De toute charge électrique positive, Faraday "voit" partir une ligne de champ qui rejoint nécessairement, quelque part, une charge électrique négative équivalente. Les propriétés de ces lignes de champ expliquent les actions et mouvements observés.
Elles expliquent l’attraction : Ces lignes de champ sont élastiques et soumises à une "tension" longitudinale. Tendues comme un ressort, elles auront tendance à rapprocher les charges électriques, de signe contraire, placées à leur extrémité.
Elles expliquent la répulsion : les lignes de champ issues d’une même charge électrique ou d’une charge de même nature se repoussent latéralement.
Elles s’écartent de la charge ponctuelle qui les produit. Elles écartent, également, l’un de l’autre deux corps portant des charges identiques.
Elles s’accordent, aussi, avec la loi mathématique d’action à distance : les lignes de champ sont plus denses à proximité d’un corps chargé, c’est pourquoi le corps qui s’y trouve placé sera soumis à un nombre plus grand de lignes de forces et donc plus fortement attiré ou repoussé.
La loi de Faraday.
Les champs magnétiques sont eux mêmes constitués de lignes de force reliant deux pôles opposés. Tendues dans leur longueur elles se repoussent également latéralement.
Mais leurs propriétés sont bien plus spectaculaires. Si elles sont "coupées" par un conducteur mobile, à l’image des tiges d’un champ de blé tranchées par la lame d’une faux, une "force électromotrice induite" se crée dans le conducteur qui les coupe et provoque la circulation d’un courant dans celui-ci.
Pour être plus précis : la quantité d’électricité qui traverse ce conducteur est proportionnelle au nombre de lignes de champ coupées.
Ou encore :
l’intensité du courant électrique est proportionnelle au nombre de lignes de champ coupées par unité de temps.
C’est la "loi de Faraday" qui deviendra loi de "Faraday-Lenz" quand Lenz aura fait observer que le sens de ce courant induit "est tel que, par ses effets, il s’oppose à la cause qui lui donne naissance". Nouvelle illustration du principe "d’action et de réaction".
Les techniciens et les ingénieurs qui s’emploieront bientôt à construire les génératrices et les moteurs du nouvel âge de la civilisation industrielle, devront beaucoup à cette vision matérielle des champs magnétiques. Ils sauront trouver les matériaux et inventer les formes des "pièces polaires" capables d’amplifier, de multiplier et de canaliser ces lignes de champ. De les rendre parallèles, divergentes où convergentes suivant l’effet recherché.
Mais quel est l’engrenage qui lie, ainsi, lignes de champ magnétique et courant électrique ? Quels mouvements, quelles ondulations animent ces champs ? C’est ce que cherchera à établir Maxwell.
Maxwell (1831-1879), la mise en équations.
James Clerk Maxwell est le descendant d’une famille noble d’Écosse. Il fait ses études à Edimbourg puis au Trinity college de Cambridge. Il enseigne ensuite à Aberdeen et à Londres avant de se retirer pendant six ans dans son domaine écossais où, dans la solitude, il rédige son "grand œuvre" : le "Traité d’électricité et de magnétisme".
En 1871 il revient à la vie universitaire comme professeur de physique expérimentale à Cambridge où il crée le "Cavendish Laboratory", future pépinière de savants. Il n’a que quarante huit ans quand il meurt d’un cancer intestinal. Il laisse, cependant, un héritage inestimable à la Physique. Einstein, Plank, entre autres, le reconnaîtront comme leur précurseur.
James Clerk Maxwell a 23 ans quand, à l’issue de ses études, il débute dans l’étude de l’électricité. Comment ne pas être enthousiasmé en découvrant le territoire ouvert par Œrsted, Ampère, Laplace, Lens… et, surtout, Faraday !
"Je résolus, dit-il, en abordant l’étude de l’électricité, de n’étudier aucun traité mathématique sur ce sujet, avant d’avoir entièrement lu les "Experimental Researches on Electricity" de Faraday".
Il est fasciné par le côté visionnaire de l’œuvre de Faraday qu’il oppose aux froides théories des "mathématiciens de profession", adeptes de Newton et des actions à distance :
"Ce fut peut-être un avantage pour la science, dit-il, que Faraday, bien qu’ayant une parfaite connaissance des notions fondamentales de temps, d’espace et de force, n’ait pas été un mathématicien de profession. Il n’était pas tenté de s’engager dans les nombreuses et intéressantes recherches de mathématiques pures, qu’auraient suggérées ses découvertes si elles avaient été présentées sous une forme mathématique, et il ne se sentait pas porté à imposer à ses résultats une forme qui répondît au goût mathématique de l’époque ou à les exprimer sous une forme qui permît aux mécaniciens de les aborder. Mais il se garda ainsi le loisir de faire son travail personnel, d’accorder ses idées avec ses observations et d’exprimer sa pensée dans un langage ordinaire et non technique."
Maxwell est, lui, un mathématicien averti, en particulier dans tout ce qui concerne la récente mécanique des fluides. Il souhaite adapter l’œuvre de Faraday au "goût mathématique" de ses contemporains :
"C’est surtout dans l’espoir de faire de ces idées la base d’une méthode mathématique que j’ai entrepris ce traité.", écrira-t-il dans son "Traité de l’Electricité et du Magnétisme", œuvre majeure qu’il publiera en 1873.
Sa première "mise en mathématique" du modèle de Faraday, se concrétise à l’occasion d’un mémoire qu’il lit en février 1856 devant la "Société Philosophique de Cambridge", sous le titre "On Faraday’s lines of force". Il en adresse un exemplaire à Faraday.
Celui-ci lui répond. "J’ai reçu votre Mémoire et vous en remercie beaucoup ; je ne dis pas que je vous remercie personnellement pour ce que vous avez dit des lignes de force, parce que je sais que vous l’avez fait dans l’intérêt de la vérité philosophique, mais vous devez supposer que cela m’est agréable et m’encourage beaucoup à penser. J’ai été tout d’abord effrayé de voir concentrer sur ce sujet une telle puissance mathématique, puis émerveillé de le voir si bien supporter cette épreuve.".
Passage de témoin d’un physicien de 65 ans, au sommet de sa carrière, à son jeune collègue de 26 ans.
Voici un ouvrage à mettre entre toutes les mains, celles de nos élèves dès les classes de premières S et STI de nos lycées, et entre les mains de tous les futurs enseignants de sciences physiques et de physique appliquée (tant qu’il en reste encore !).
L’auteur est un collègue professeur de sciences physiques, formé à l’histoire des sciences, et formateur des enseignants en sciences dans l’académie de rennes. Bref quelqu’un qui a réfléchi tant à l’histoire de sa
discipline qu’à son enseignement et sa didactique, et cela se sent. Le style est fluide et imagé, bref, plaisant au possible...
...voici donc un bon ouvrage permettant de se construire une culture scientifique sans l’âpreté des équations de la physique.
L’électricité est la science qui a le plus fort développement à la fin du 19ème siècle.
Les articles publiés par "La Nature" sont d’un intérêt majeur pour suivre les progrès de cette science et de cette technique.
Le Conservatoire numérique des Arts & Métiersa constitué une bibliothèque numérique consacrée à l’histoire des sciences et des techniques, constituée à partir du fonds ancien de la bibliothèque du CNAM.
Nous y avons relevé les articles consacrés à l’électricité pour un passionnant voyages à travers le développement de cette science et de cette technique dans le dernier quart du 19ème siècle.
L’énergie électrique d’abord produite et consommée "sur place" commence à se distribuer dans les rues, les théatres, les grands magasins, les immeubles d’habitation... à partir de la fin des années 1870.
Se pose alors la question de son mode de production et de diffusion : par courant continu ou par courant alternatif ?
Les premiers générateurs de courant : piles et accumulateurs.
1800 est une date de première importance dans l’histoire de l’électricité. C’est l’année où Volta présente le premier générateur de courant continu : la pile.
La première pile volta présentait l’inconvénient de se "polariser" : les réactions chimiques à ses électrodes faisaient rapidement chuter sa tension. La pile Daniell, impolarisable était déjà un progrès mais sa forte résistance ne pouvait en faire un générateur utilisable dans la pratique. Les piles à "dépolarisant" répondaient enfin au problème.
Celle imaginée par Georges Leclanché est l’une des plus utilisées. En 1867, alors exilé en Belgique pour ses opinions républicaines, il dépose un brevet pour une pile dont l’électrolyte était une solution de chlorure d’ammonium et le pôle positif une plaque de charbon recouverte sur chaque face d’une couche de peroxyde de manganèse, l’ensemble étant contenu dans un vase poreux plongeant dans un deuxième vase contenant la même solution et une tige de zinc constituant le pôle négatif.
Elle sera massivement utilisée sur les télégraphes belges et néerlandais. De retour en France, Leclanché confie l’exploitation de son brevet à l’industriel Barbier. La pile Leclanché-Barbier est alors largement utilisée dans les télégraphes français. En 1881 l’usine, qui emploie 50 ouvriers, a vendu près de 300 000 piles. Après la mort prématurée de Leclanché en 1882 à l’âge de 43 ans, la pile sera encore perfectionnée par son fils Max pour être rendue facilement transportable. Sous différentes marques commerciales, elle est encore largement utilisée aujourd’hui.
Mais les piles ont de sérieuses concurrentes : les "piles secondaires" ou accumulateurs. L’idée est de Gaston Planté. En 1860 il rédige un mémoire qui est lu à l’Académie des Sciences dans lequel il décrit les propriétés d’un dispositif qu’il désigne comme une "pile secondaire".
L’électrolyse d’une solution d’acide sulfurique entre deux plaques de plomb oxyde la plaque reliée au pôle positif. Il se crée ainsi une dissymétrie entre les deux électrodes. En reliant les deux plaques ainsi "polarisées", Leclanché constate qu’un courant électrique circule dans le circuit et se maintient jusqu’au retour des plaques à l’état initial.
Il a ainsi l’idée de "piles secondaires" qui seront ensuite désignées par le terme d’accumulateurs. Concrètement cet accumulateur consiste en deux plaques de plomb parallèles enroulées en spirale et maintenues écartées par deux rubans de caoutchouc enroulés en même temps que les plaques. L’ensemble est placé dans un récipient de verre cylindrique empli d’une solution d’acide sulfurique.
Une remarque cependant : pour "charger" un accumulateur il faut une source puissante de courant continu. C’est la mise au point par Gramme de la première génératrice à courant continu, et celles des autres constructeurs qui suivront son exemple, qui permet cette charge.
La machine Gramme, première génératrice à courant continu.
En 1820 Oersted découvre l’action d’un courant électrique sur un aimant. Peu de temps après Ampère et Arago mettent au point l’électroaimant avant que Faraday découvre l’induction électrique en 1831.
Il est alors possible de produire un courant électrique en faisant tourner un aimant devant une spire conductrice ou bobine de fil conducteur reliée à un circuit extérieur.
Mais ce courant est un courant alternatif. Le sens du courant varie en fonction du pôle qui passe devant la bobine.
Or les premières applications industrielles du courant électrique concernent le courant continu. Parmi celles ci la dorure, l’argenture et galvanoplastie dont l’un des plus grands ateliers est celui du bijoutier Christofle.
Parmi les employés de l’atelier Christofle se trouve un technicien d’origine belge particulièrement habile, Zénobe Gramme. Une génératrice à courant continu serait particulièrement utile dans cet atelier pour remplacer les piles dégageant des vapeurs corrosives.
La Machine Gramme devient une puissante génératrice capable, en particulier, d’alimenter les premières lampes à arc de l’éclairage urbain. Elle sera sérieusement concurrencée par la génératrice de Edison
Machine Gramme à courant continu.
La première distribution électrique par courant continu de Edison à New-York
Lors de l’exposition internationale d’électricité de 1881 à Paris, Edison présentait un ensemble complet : ses lampes à incandescence et la génératrice capable d’alimenter 1000 lampes consommant une intensité de 0,7 A sous une tension de 100 volts.
En 1882, Edison choisit de lancer une première distribution électrique à New-York, en plein quartier d’affaires. Dans un premier temps la centrale, installée dans le district de Wall-Street, alimente 12 000 lampes et doit être rapidement agrandie.
La centrale électrique est installée dans un bâtiment de quatre étages qui était occupée par des bureaux et dont la structure doit être renforcée pour supporter les machines.
Douze génératrices sont actionnées par des machines à vapeur. Chacune peut alimenter 1200 lampes d’une puissance de 75W sous une tension de 100V.
La première centrale électrique Edison à New-York.
La centrale vue de la rue.
Système d’éclairage Edison
Alternatif contre continu aux États Unis. Tesla contre Edison.
En 1882, à Paris, Nicolas Tesla, jeune ingénieur d’origine Austro hongroise travaille pour la Continental Edison company. Très vite remarqué pour ses capacités et déçu du peu d’intérêt européen pour ses travaux, il accepte l’invitation d’Edison pour venir travailler aux USA.
Le système de courant continu de Edison a de sérieux problèmes : un pourcentage de perte significatif, la nécessité de câble volumineux, une centrale tous les deux miles etc... On ne compte plus le nombre de pannes et d’incendies dans le réseau new yorkais.
Dès ses années parisiennes Tesla avait imaginé la distribution par courant alternatif, d’autant plus qu’il avait inventé un moteur fonctionnant au courant alternatif. Avantage de ce système : la possibilité de transformateurs et donc celle de limiter les pertes en ligne par des courants à haute tension. La tension étant ensuite ramenée à une valeur d’usage par des transformateurs appropriés.
L’obstination de Edison provoque la rupture avec Tesla. Ce dernier est recruté par Georges Westinghouse en 1986 qui lui rachète ses brevets. Dès lors commence une "guerre des courants" qui est finalement gagnée par Westinghouse en 1893 quand sa compagnie obtient du gouvernement américain le contrat d’installation de la distribution électrique sur tout le territoire.
A Paris
En 1878, l’exposition universelle, est l’occasion d’une démonstration d’éclairage électrique par lampes à arc de l’avenue de l’Opéra avec des bougies JABLOCHKOFF.
Pour l’alimentation des lampes à arc, le courant continu présente un inconvénient. Les deux charbons ne s’usent pas à la même vitesse ce qui nécessite une installation complexe. Cet inconvénient est évité avec le courant alternatif c’est pourquoi Jablochkoff souhaitait utiliser le courant alternatif pour l’alimentation de ses lampes.
Or il se trouvait que, avant de proposer une machine a courant continu, difficile à réaliser, Gramme avait déjà fait breveter une vingtaine de génératrices à courant alternatif. La revue La Nature de 1879 décrit une machine déjà bien élaborée et dont le modèle est proche des alternateurs actuels.
Un rotor central porte huit noyaux aimantés constitués d’électroaimants alimentés en courant continu par une petite génératrice annexe. Ils tournent devant huit bobines conductrices logées dans l’armature de fer de la génératrice.
Machine Gramme à courant alternatif 1879
Coupe de l’alternateur Gramme, rotor et stator.
Quelques installations privées, de magasins ou de théâtres, assurent leur propre production.
Une usine au Palais Royal, une autre au Faubourg Montmartre, ont un réseau composé de canalisations passant sur les toits des immeubles.
station électrique de l’hippodrome équipée d’alternateurs Gramme.
Au Louvre, des machines Gramme disposées dans le sous-sol alimentent 80 foyers de lumière constitués par des lampes à arc électrique de type Jablochkoff. Les utilisateurs mettent en valeur l’absence de chaleur et de gaz nocifs dégagés. Par ailleurs la lumière n’altère pas les nuances des couleurs des tissus présentés.
A l’hippodrome, comme au Louvre, le succès d’une première installation modeste, provoque sont extension et la construction d’une centrale électrique.
La Place du Carrousel est éclairée pour l’exposition de 1881, le Parc Monceau en 1882, l’Hôtel de Ville en 1883, le Parc des Buttes Chaumont en 1884.
L’incendie de l’Opéra Comique en 1887, éclairé au gaz, a pour conséquence d’interdire ce mode d’éclairage dans les salles de spectacles.
L’alternatif et les transformateurs.
Nous avons déjà relevé l’intérêt du courant alternatif pour l’éclairage par lampes à arc. Les lampes à incandescence sont également parfaitement adaptées à une alimentation en alternatif. Le problème est que ces deux types de lampes ne fonctionnent pas de la même façon.
Les lampes à arc demandent une tension relativement élevée mais consomment un faible courant, les lampes à incandescence une basse tension (généralement 100 volts) mais une forte intensité.
La nécessité de transformateurs devient rapidement évidente. D’autant plus que se pose le problème de la distribution : de fortes intensités dans les lignes sont causes de fortes pertes sous forme de chaleur. La solution réside dans une distribution sous haute tension et, à puissance égale, de faible intensité.
Le courant alternatif semble présenter quelques avantages mais faut-il le généraliser alors que les premières installations ont surtout été réalisées sur la base du courant continu ? Tans qu’il ne s’agira que d’alimenter les quartiers à partir de centrales dispersées dans la ville, le choix ne s’imposera pas. Le problème se posera par contre avec la distribution à longue distance.
Alternatif contre continu en France. Gaulard contre Deprez.
A l’occasion de l’exposition internationale de 1881, l’ingénieur Marcel Deprezexpose à Adolphe Cochery, ministre des Postes et Télégraphes, ses idées sur le transport électrique à grande distance. Il fait le choix du transport du courant continu et est soutenu dans sa démarche par les banquiers Rothschild. Après plusieurs essais non satisfaisants il fait l’essai public du transport de la "force" électrique sur une distance de 56 km entre la station de Creil et la gare de la Chapelle en s’imposant un rendement de 50%.
Le système fonctionnait en 1885 avec un rendement compris entre 40% et 45%. Malgré les éloges de la commission constituée de 38 prestigieux savants chargée de contrôler les résultats : " Au nom de la science et de l’industrie, la Commission adresse ses chaleureuses félicitations à M. Marcel Duprez pour les admirables résultats qu’il a obtenus et exprime à M. de Roytschild sa vive reconnaissance pour l’inépuisable générosité avec laquelle il a doté cette gigantesque entreprise.", l’expérience est loin d’être une réussite. En fait elle annonçait la fin des projets de distribution de l’électricité sur de grandes distances par courant continu.
En effet, cette expérience avait, entre autres objectifs, celui de répondre à Lucien Gaulard, associé à John Dixon Gibbs, qui avait expérimenté en Angleterre la, transmission par courant alternatif sous une tension de 2000 volts et sur une distance de 40 km avec un rendement affiché de 90%.
Face au doute suscité par cette annonce parmi les électriciens continentaux, Gibbs avait décidé de concourir au prix institué par le gouvernement italien pour le meilleur système de transport de l’électricité à distance à l’occasion de l’exposition d’électricité de 1884 à Turin. Son expérience menée sur une distance de 80 km entre Lanzo et Turin avait été une réussite et le prix lui avait été attribué.
Une première expérience de distribution de l’électricité par courant alternatif était signalée à Tours en 1886.
usine électrique de Tours.
En France comme aux USA l’alternatif prouvait sa meilleure efficacité. Pourtant les deux système devaient cohabiter pendant plusieurs années. En particulier à Paris.
La distribution électrique à Paris. Alternatif et continu
En 1888, le Conseil Municipal de PARIS, avec la perspective de l’Exposition Universelle de 1889 et sous la pression de l’opinion publique, décide la création d’un réseau de distribution d’électricité.
L’organisation retenue consiste à diviser PARIS en parties désignées sous le nom de secteurs. Les « secteurs électriques parisiens » prennent naissance, et c’est à cette époque que remontent les concessions successivement accordées par la Ville à six sociétés qui ont assuré l’exploitation de l’électricité jusqu’en 1908, date à laquelle la concession est confiée à l’Union des Secteurs (la ville exploitant de son côté un réseau dans le quartier des Halles).
Une distribution mixte, alternatif-continu
Dans chaque secteur, le type de distribution était différent :
* Cie CONTINENTALE EDISON : courant continuà 2 x 110V, distribué par feeders 3 fils.
* Sté d’ECLAIRAGE ET DE FORCE PAR L’ELECTRICITE A PARIS : Courant continu 110V 2 fils.
* Cie VICTOR POPP(ultérieurement Cie PARISIENNE DE L’AIR COMPRIME) : courant continu 4x110V par réseau 5 fils.
* Sté d’ECLAIRAGE ELECTRIQUE DU SECTEUR DE LA PLACE CLICHY : courant continu 4x110V par réseau 5 fils.
* Sté CHARLES MILDE FILS ET Cie (ultérieurement Cie d’ECLAIRAGE ELECTRIQUE DU SECTEUR DES CHAMPS-ELYSEES) : courant alternatif à haute tension (3000V), abaissée à 110V par un transformateur dans chaque immeuble.
* Cie ELECTRIQUE DU SECTEUR DE LA RIVE GAUCHE : courant alternatif mêmes caractéristiques que le secteur des CHAMPS-ELYSEES.
Le regroupement par la Compagnie Parisienne de Distribution d’Électricité (CPDE) et les zones de réseaux
En 1907, à l’expiration des concessions, une convention municipale assure le rassemblement des distributions (l’Union des Secteurs) dans le but de préparer la création d’un organisme unique, la Compagnie Parisienne de Distribution d’Électricité (C.P.D.E.) à la fin de 1913.
Le 31décembre 1913, la distribution d’électricité est confiée par la Ville à la Compagnie Parisienne de Distribution d’Electricité(CPDE), jusqu’à la nationalisation.
Les réseaux de distribution établis par les premiers secteurs se modifient conformément au programme technique imposé par le concessionnaire :
* production du courant primaire par deux centrales : l’usine Nord à SAINT-OUEN, l’usine Sud à Issy-les-Moulineaux (courant diphasé12300V - 42 périodes).
* distribution par sous-stations et centres de couplages,
* trois zones sont retenues pour réduire les anciens systèmes :
o une zone à courant continu cinq fils et trois fils, La distribution en continu est maintenue dans le centre de Paris, car elle est bien adaptée à la densité de puissance et aux besoins de force motrice, et le côut de transformation en alternatif des équipements existants a été jugé prohibitif (en bleu et en jaune).
o une zone à courant alternatif monophasé 3 kV,
o une zone à courant alternatif diphasé 5 fils. Dans le Nord et l’Est de Paris, jusque la peu électrifiés, un réseau alternatif diphasé est construit. Ce R.Z.D., réseau de la zone diphasée, conserve la notion de maillage Basse Tension, déja existante pour le continu, et qui sera ensuite généralisée à l’ensemble des futurs réseaux de Paris.
Les zones de la CPDE
D’importantes décisions sont prises de 1918 à 1930 :
* passage de la fréquence 42 à 50Hz (réalisé de 1925 à 1928)
* arrêt du courant continu par création de postes d’immeubles et d’un réseau alternatif basse-tension, le Réseau Alternatif Complémentaire (RAC, en rose)
* raccordement au réseau d’interconnexion général.
1930-1939 Développement des réseaux diphasés
Le réseau continu est progressivement remplacé par un réseau alternatif diphasé. Il en persistera cependant une partie jusqu’en 1968.
A la nationalisation de 1946, la CPDE est remplacée par le Centre de Distribution de Paris-Électricité (C.D.P.E.)
Au début des années 1960, il est décidé la transition vers une distribution triphasée, qui est devenue la norme des réseaux modernes.
Voici un ouvrage à mettre entre toutes les mains, celles de nos élèves dès les classes de premières S et STI de nos lycées, et entre les mains de tous les futurs enseignants de sciences physiques et de physique appliquée (tant qu’il en reste encore !).
L’auteur est un collègue professeur de sciences physiques, formé à l’histoire des sciences, et formateur des enseignants en sciences dans l’académie de rennes. Bref quelqu’un qui a réfléchi tant à l’histoire de sa discipline qu’à son enseignement et sa didactique, et cela se sent. Le style est fluide et imagé, bref plaisant au possible...
...voici donc un bon ouvrage permettant de se construire une culture scientifique sans l’âpreté des équations de la physique.
Suivre le parcours de l’oxygène depuis les grimoires des alchimistes jusqu’aux laboratoires des chimistes, avant qu’il n’investisse notre environnement quotidien.
Aujourd’hui, les formules chimiques O2, H2O, CO2,… se sont échappées des traités de chimie et des livres scolaires pour se mêler au vocabulaire de notre quotidien. Parmi eux, l’oxygène, à la fois symbole de vie et nouvel élixir de jouvence, a résolument quitté les laboratoires des chimistes pour devenir source d’inspiration poétique, picturale, musicale et objet de nouveaux mythes.
À travers cette histoire de l’oxygène, foisonnante de récits qui se côtoient, s’opposent et se mêlent, l’auteur présente une chimie avant les formules et les équations, et montre qu’elle n’est pas seulement affaire de laboratoires et d’industrie, mais élément à part entière de la culture humaine.
Plus tard, ce sera encore un physicien landernéen qui sera l’observateur de la première expérience de paratonnerre menée à Marly dans la région parisienne.
Un coup de tonnerre historique.
L’auteur du premier article est André-François Boureau Deslandes (1690-1757).
Né à Pondichéry en 1690, il vient en France à l’âge de 13 ans. En octobre 1708 il est nommé contrôleur de la marine à Brest puis commissaire de la marine en 1716.
Nous retiendrons ici le scientifique, reçu élève géomètre à l’Académie des sciences en février 1712, membre de l’Académie des sciences de Berlin et auteur de plusieurs ouvrages scientifiques, en particulier sur la marine.
Malgré une oeuvre considérable, c’est le plus souvent par sa modique contribution à l’observation du tonnerre, qu’il se retrouve dans différentes études.
La foudre a toujours terrorisé ou fasciné. Dans les religions antiques elle est le symbole de la puissance des dieux et l’instrument effrayant de leur justice. La tradition se maintient dans les cultes plus récents. Au siècle des lumières encore, on se préserve de la foudre en faisant sonner les cloches aux clochers des églises.
En témoigne la relation du coup de tonnerre qui frappe le Nord-Finistère en ce début de 18ème siècle.
Nous sommes en avril de l’année 1718. A.F Boureau Deslandes est alors à Brest. Après plusieurs jours de pluie et d’orage, un coup de tonnerre extraordinaire ébranle toute la région. Il en rend compte à l’Académie des sciences qui publie un résumé de sa lettre.
"...enfin vint cette nuit du 14 au 15 qui se passa presque toute en éclairs très vifs, très fréquents et presque sans intervalle. Des matelots qui étaient partis de Landerneau dans une petite barque, éblouis par ces feux continuels, et ne pouvant plus gouverner, se laissèrent aller au hasard sur un point de la côte, qui par bonheur se trouva saine. A quatre heures du matin, il fit trois coups de tonnerre si horribles que les plus hardis frémirent.
Environ à cette même heure, et dans l’espace de côte qui s’étend depuis Landerneau jusqu’à Saint Paul de Léon, le tonnerre tomba sur 24 églises et précisément sur des églises où on sonnait pour l’écarter. Des églises voisines où on ne sonnait point furent épargnées.
Le peuple s’en prenait à ce que ce jour là était celui du Vendredi Saint où il n’est pas permis de sonner. Mr Deslandes en conclut que les cloches qui peuvent écarter un tonnerre éloigné, facilitent la chute de celui qui est proche, et à peu près vertical, parce que l’ébranlement qu’elles communiquent à l’air dispose la nue à s’ouvrir.
Il eut la curiosité d’aller à Gouesnou, village à une lieue et demie de Brest, dont l’église avait été entièrement détruite par ce même tonnerre. On avait vu trois globes de feu de trois pieds et demi de diamètre chacun, qui s’étant réunis avaient pris leur route vers l’église d’un cours très rapide. Ce gros tourbillon de flamme la perça à deux pieds au-dessus du rez de chaussée, sans casser les vitres d’une grande fenêtre peu éloignée, tua dans l’instant deux personnes de quatre qui sonnaient, et fit sauter les murailles et le toit de l’église comme aurait fait une mine, de sorte que les pierres étaient semées confusément alentour, quelques-unes lancées à 26 toises, d’autres enfoncées en terre de plus de deux pieds.
Des deux hommes qui sonnaient dans ce moment là, et qui ne furent pas tués sur le champ, il en restait un que Monsieur Deslandes vit. Il avait encore l’air tout égaré, et ne pouvait parler sans frémir de tout son corps. On l’avait retrouvé plus de quatre heures après enseveli sous les ruines et sans connaissance. Mr Deslandes n’en put tirer autre chose sinon qu’il avait vu tout d’un coup l’église toute en feu et qu’elle tomba en même temps. Son compagnon de fortune avait survécu 7 jours à l’accident, sans avoir aucune contusion, et sans se plaindre d’aucun mal que d’une soif ardente qu’il ne pouvait éteindre."
Chacun se fait de la Foudre une image adaptée à sa culture. L’homme du peuple ne peut douter qu’il s’agisse d’une manifestation divine. Le lettré imagine une accumulation dans les nuages de matières inflammables. On notera, cependant, que l’utilité de sonner les cloches, malgré la preuve évidente du danger, n’est absolument pas mise en doute. Ni par la population qui explique l’échec par le sacrilège commis un Vendredi Saint. Ni par le "savant" qui continue à considérer qu’un tonnerre éloigné aurait été écarté par les cloches.
Jusqu’à la fin du siècle, malgré les vigoureuses campagnes des autorités et l’interdiction régulièrement rappelée de sonner les cloches les jours d’orage, la pratique se poursuivra accompagnée de son cortège d’accidents.
Guillaume Mazéas, un électricien landernéen au siècle de Franklin.
Une trentaine d’années s’est écoulée et le tonnerre attend encore son explication. A Paris un opuscule traduit de l’anglais rend compte d’expériences réalisées par un inconnu habitant les colonies d’Amérique. Pour la, première fois, le nom de Franklin est prononcé dans le milieu des savants européens.
Le texte tombe entre les mains du naturaliste Buffon qui demande au physicien Dalibard, membre de l’Académie des Sciences, d’en reprendre la traduction un peu bâclée et qui les publie.
L’introduction révèle à elle seule un talent "médiatique" chez les rédacteurs :
"Un Quaker confiné dans un coin de l’Amérique, vient de démontrer à tous les savants de notre hémisphère que les phénomènes les plus beaux et les plus frappants de l’électricité leur avaient échappé et qu’ils étaient bien éloignés d’avoir assez d’observations pour hasarder des systèmes. Il est surprenant qu’une matière tant de fois rebattue paraisse presque neuve entre ses mains. M. Franklin ne se contente pas de publier des expériences et des observations détachées ; il donne en même temps des vues si grandes et si étendues qu’elles nous font espérer de parvenir un jour à dévoiler un mystère qui importe plus à notre utilité qu’on ne se l’imagine ordinairement". (le Journal des Savants - mai 1752).
Ces deux savants ont alors l’idée d’une excellente campagne publicitaire. Ils chargent l’un de leurs amis, M. Delor, qui exploite un "cabinet de physique" place de l’Estrapade à Paris, d’organiser des séances publiques (et payantes) au cours desquelles sont présentées les fameuses "Expériences de Philadelphie".
Le succès est foudroyant : on les répète dans les cabinets particuliers, on s’arrache le livret de Franklin. Paris et la France entière découvrent subitement des merveilles jusqu’alors confinées dans les salons de la noblesse et de la riche bourgeoisie. Franklin apparaît comme le seul inventeur de toute la science électrique.
Le roi lui-même souhaite voir ces merveilles et bientôt la haute société parisienne se presse à St-Germain dans la maison de campagne que Monsieur le Duc d’Ayen a mise à la disposition de M. Delor pour sa présentation. Sa Majesté applaudit, c’est un triomphe.
Le succès rend hardi, la décision est prise de tenter le diable et, pour la première fois, de capter la foudre !
Un coup de tonnerre dans le ciel parisien.
On trouve rarement dans les délibérations de l’Académie Royale des Sciences, un compte-rendu aussi vivant et aussi enthousiaste que celui lu le 13 mai 1752. M. Dalibard, le metteur en scène de l’expérience, y décrit l’évènement survenu trois jours plus tôt à Marly-la-ville. Dans un lieu écarté de cette commune, une longue tige a été dressée, conformément aux indications de Franklin. Elle est isolée du sol et terminée par une pointe de fer d’où descend un fil de laiton...
"Le mercredi 10 mai 1752, entre deux et trois heures de l’après-midi, le nommé Coiffier, ancien dragon, que j’avais chargé de faire les observations en mon absence, ayant entendu un coup de tonnerre assez fort, vole aussitôt à la machine, prend la fiole (une bouteille de Leyde qu’il souhaite charger) avec le fil d’archal, présente le tenon du fil à la verge, en voit sortir une petite étincelle brillante, et en entend le pétillement ; il tire une étincelle plus forte que la première et avec plus de bruit ! Il appelle ses voisins et envoie chercher M. le prieur.
Celui-ci accourt de toutes ses forces ; les paroissiens voyant la précipitation de leur curé, s’imaginent que le pauvre Coiffier a été tué du tonnerre ; l’alarme se répand dans le village : la grêle qui survient n’empêche pas le troupeau de suivre son pasteur. Cet honnête ecclésiastique arrive près de la machine, et voyant qu’il n’y avait point de danger, met lui-même la main à l’œuvre et tire de fortes étincelles.
La nuée d’orage et de grêle ne fut qu’une demi-heure à passer au zénith de notre machine, et l’on n’entendit que ce seul coup de tonnerre. Sitôt que le nuage fût passé et qu’on ne tira plus d’étincelles de la verge de fer, M. le prieur de Marly fit partir le sieur Coiffier lui-même, pour m’apporter la lettre suivante, qu’il m’écrivit à la hâte..."
Le récit du prieur laisse planer un doute, n’y aurait-t-il pas quelque chose de diabolique là-dessous ?
"En revenant de chez Coiffier j’ai rencontré Monsieur le Vicaire, Monsieur de Millet et le maître d’école, à qui j’ai rapporté ce qui venait d’arriver : ils se sont plaints tous les trois qu’ils sentaient une odeur de soufre qui les frappait davantage à mesure qu’ils approchaient de moi : j’ai rapporté chez moi la même odeur, et mes domestiques s’en sont aperçus sans que je leur ait rien dit.".
Expérience de Marly
(Les Merveilles de la Science)
Une semaine plus tard M. Delor reprend cette expérience à Paris.
Parmi les assistants se trouve un jeune physicien, Guillaume Mazéas, originaire de Landerneau en Bretagne. Bibliothécaire de la Maison de Noailles, il s’occupe en particulier des collections scientifiques que le duc de Noailles et son fils le duc d’Ayen entretiennent.
Il se trouve, également, être le correspondant de Stephen Hales célèbre scientifique britannique et membre actif de la Société Royale de Londres. G. Mazéas perçoit immédiatement l’importance de l’évènement et en informe sans tarder la respectable société anglaise :
"Cette expérience nous fait conjecturer qu’une barre de fer placée sur un endroit élevé, et posée sur un corps électrique pourrait attirer l’orage et dépouiller le nuage de toute la foudre qu’il contient ; je ne doute pas que la Société Royale ne charge quelques-uns de ses membres de bien vérifier ces expériences et de pousser cette analogie encore plus loin..."
A Paris la fièvre expérimentale ne s’est pas apaisée. On attend les orages avec impatience pour expérimenter des dispositifs nouveaux.
Dans une lettre du 14 juin, Guillaume Mazéas décrit celui qui a été utilisé une semaine plus tôt : une perche de bois de trente pieds (environ dix mètres) de hauteur est dressée. A l’extrémité de la tige, un tube de verre isolant est suivi d’un long tuyau de fer blanc qui supporte une pointe de fer d’environ 6 pieds (deux mètres). De la pointe de fer part un fil de laiton qui descend jusque dans l’intérieur de la maison.
Les assistants peuvent alors commodément approcher les mains ou tout autre objet de l’extrémité du fil. Avec un tel dispositif, on ne s’étonne pas de sentir une certaine inquiétude parmi les spectateurs :
"Dès les premiers coups de tonnerre, nous sentîmes les commotions de la matière électrique ; on tira des étincelles et il y eut des temps où les commotions étaient si fortes qu’elles étaient accompagnées d’une douleur très vive ; je suis même persuadé que si le tuyau de fer blanc avait eu le triple ou le quadruple de surface on n’aurait point impunément touché la barre de fer... La crainte qui s’empara de plusieurs dames qui étaient présentes empêcha de continuer et on fut même obligé d’ôter la barre et tout l’appareil"
L’imprudence de ces premiers expérimentateurs est sans bornes. Guillaume Mazéas est l’un des plus intrépides. Le 29 juin, il adresse un nouveau courrier à Londres. Un orage a éclaté le 26, une perche a été dressée :
"Le fil d’archal qui pendait à l’extrémité de cette perche entrait dans ma chambre et de là dans un corridor de 30 pieds de long ; le magasin de l’électricité était dans ma chambre, et le fil de fer venait encore s’y rendre après plusieurs détours. J’avais tellement disposé ce fil, que sans quitter mon lit si l’orage arrivait la nuit, ou sans quitter mon travail, s’il arrivait le jour, je pouvais observer tout ce que je m’étais proposé.".
Et Guillaume Mazéas d’imaginer toutes sortes d’expériences, y compris de tuer des animaux en utilisant la foudre captée et tout cela "sans sortir de sa chambre et même étant au lit".
Deux lettres encore : le 12 juillet de Saint-Germain-en-Laye, le 29 août de Paris. Celle-ci, sera la dernière de la saison : "Comme l’année commence à tendre vers sa fin, je crois que ces observations seront les dernières pour 1752, époque qui sera toujours bien célèbre pour les amateurs de l’électricité".
Guillaume Mazéas : montage pour étudier la foudre "même la nuit étant au lit"
(Abbé Nollet, Lettres sur l’électricité, Paris, Guérin frères, 1753)
Ce sont en tout cinq lettres qui seront ainsi adressées par Guillaume Mazéas à la Royal Society. Celle-ci ne restera pas, cette fois, indifférente. La première lettre du 20 mai sera lue en séance publique dès le 28 mai, les suivantes lors de la séance du 23 novembre. Publiées, elles constitueront la relation quasi officielle des évènements survenus en France. Dans le même numéro des "Philosophical Transactions" on trouvera, sur le même sujet, une lettre de l’abbé Nollet qui n’aura pas su devancer son jeune collègue ainsi que le compte rendu de la même expérience faite à Berlin. Enfin, une lettre de Franklin lui-même, décrivant le fameux cerf-volant souvent présenté comme le premier paratonnerre.
"De Philadelphie, le 19 octobre 1752.
Comme il est souvent fait mention dans les nouvelles publiques d’Europe du succès de l’expérience de Philadelphie, pour tirer le feu électrique des nuages par le moyen de verges de fer pointues élevées sur le haut des bâtiments, etc... les curieux ne seront peut-être pas fâchés d’apprendre que la même expérience a réussi à Philadelphie, quoique faite d’une manière différente et plus facile, voici comment.
Faites une petite croix de deux minces attelles de sapin, ayant les bras de longueur suffisante pour atteindre aux quatre coins d’un grand mouchoir de soie bien tendu, liez les coins de ce mouchoir aux extrémités de la croix : cela vous fait le corps d’un cerf-volant, en y adaptant une queue, une bride et une ficelle il s’élèvera en l’air comme ceux qui sont faits de papier ; mais celui-ci étant de soie, est plus propre à résister au vent et à la pluie d’un orage, sans se déchirer. Il faut attacher au sommet du montant de la croix un fil d’archal très pointu qui s’élève d’un pied au moins au-dessus du bois.
Au bout de la ficelle, près de la main, il faut nouer un cordon ou un ruban de soie et attacher une clef à l’endroit où la ficelle et la soie se rejoignent.
Expérience de Franklin
(Les Merveilles de la Science)
Il faut élever ce cerf-volant lorsqu’on est menacé de tonnerre, et la personne qui tient la corde doit être en dedans d’une porte ou d’une fenêtre, ou sous quelque abri, en sorte que le ruban ne puisse pas être mouillé, et l’on prendra garde que la ficelle ne touche pas les bords de la porte ou de la fenêtre. Aussitôt que quelques parties de la nuée orageuse viendront à passer sur le cerf-volant, le fil d’archal pointu en tirera le feu électrique, et le cerf-volant avec la ficelle sera électrisé ; les filandres lâches de la ficelle se dresseront en dehors de tous côtés et seront attirés par l’approche du doigt. Et quand la pluie aura mouillé le cerf-volant et la ficelle, de façon qu’ils puissent conduire librement le feu électrique, vous trouverez qu’il s’élancera en abondance de la clef à l’approche de votre doigt. On peut charger la bouteille à cette clef, enflammer les liqueurs spiritueuses avec le feu ainsi ramassé, et faire toutes les autres expériences électriques qu’on fait ordinairement avec le secours d’un globe, ou d’un tube de verre frotté. Et par ce moyen l’identité de la matière électrique avec celle de la foudre est complètement démontrée."
La lettre de Mazéas voisine ce texte dans les œuvres complètes de Franklin, hommage rendu à celui qui, le premier, avait su faire connaître sa découverte.
Émanation, fluide, particule, onde… quelle est l’identité de cette chose insaisissable mais bien présente dont la quête remonte à vingt-cinq siècles et dont la réalité nous échappe dès qu’on pense l’avoir cernée ?
Au fil d’un récit imagé – celui d’une succession de phénomènes généralement discrets qui, sous le regard d’observateurs avertis, débouchèrent sur des applications spectaculaires – nous croiserons des dizaines de savants, d’inventeurs et de chercheurs dont les noms nous sont déjà familiers : d’Ampère à Watt et de Thalès de Milet à Pierre et Marie Curie, ce sont aussi Volta et Hertz, Ohm et Joule, Franklin et Bell, Galvani et Siemens ou Edison et Marconi qui, entre autres, viennent peupler cette aventure.
On y verra l’ambre conduire au paratonnerre, les contractions d’une cuisse de grenouille déboucher sur la pile électrique, l’action d’un courant sur une boussole annoncer : le téléphone, les ondes hertziennes et les moteurs électriques, ou encore la lumière emplissant un tube à vide produire le rayonnement cathodique. Bien entendu, les rayons X et la radioactivité sont aussi de la partie.
De découvertes heureuses en expériences dramatiques, l’électricité reste une force naturelle qui n’a pas fini de susciter des recherches et de soulever des passions.
La découverte du paratonnerre illustrée par le landernéen Yannn Dargent.
Jean-Édouard dit Yann Dargent est né en 1824, il est le fils de Clémentine Robée et de Claude Dargent, une famille de tanneurs. Il n’a que deux ans quand sa mère décède, son père déménage à Landerneau où il ne tarde pas à se remarier, l’enfant est élevé par ses grands-parents. Il est scolarisé à Saint-Pol-de-Léon avant de rejoindre son père à Landerneau. L’un de ses amis d’enfance est le poète et folkloriste François-Marie Luzel.
À 16 ans, en 1840, il entre à la Compagnie de l’Ouest qui doit construire la ligne de chemins de fer entre Morlaix et Brest, il est chargé de faire des relevés topographiques. Ses dons pour le dessin le font gravir les échelons de la hiérarchie, et il occupe le poste d’ingénieur. Il fait la connaissance d’un professeur de dessin à Troyes, M. Schitz, qui l’engage à développer ses talents. Considéré comme autodidacte, il n’a jamais fait partie d’une « École » comme Sérusier et tant d’autres, ce qui a pu nuire à sa carrière.
En 1850, il est pressenti par la Compagnie de l’Ouest pour la réalisation d’un chantier en Espagne, il préfère donner sa démission et tenter de vivre de sa peinture en déménageant à Paris. Cette même année, sa compagne Aimée Crignou donne naissance à un fils, Ernest.
Durant les années 1850, il poursuit sa production artistique et expose tous les ans au Salon de Paris, sans que son talent soit reconnu.
Il lui faut attendre 1861 pour que Théophile Gautier apprécie Les Lavandières de la nuit (aujourd’hui au musée des beaux-arts de Quimper) et en fasse un article élogieux. Sa renommée est faite.
Parallèlement à sa carrière de peintre, il s’adonne, comme son ami Gustave Doré, à l’illustration de livres (au total environ 200), ce qui lui procure une rémunération plus régulière que la vente de toiles. Il travaille aussi pour des revues telles que le Musée des familles ou La France illustrée.
Son talent d’illustrateur est reconnu par Louis Figuier, vulgarisateur scientifique, qui lui confie de nombreuses planches de son œuvre majeure : "Les Merveilles de la science". Les dessins de Yann Dargent sont facilement remarqués parmi ceux des autres illustrateurs de l’ouvrage. Les personnages y sont mis en scène d’une façon dynamique qui annonce la bande dessinée.
Il meurt le 19 novembre 1899 à Paris. Un musée lui est consacré dans sa ville natale de Saint-Servais.
Nous présentons ici quelques unes de ses planches illustrant la découverte du paratonnerre.
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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.
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