La chimie : de l’alchimie `a l’atomisme

Une science va apparaˆıtre : la chimie. Quid de l’alchimie ? La chimie est n´ee de la pratique (m´etallurgie, poterie...) qui m`ene `a des tentatives de th´eorie, notamment les 4 ´el´ements de la Gr`ece antique. Celle-ci va former la base de l’alchimie, qui verra essentiellement le jour `a Alexandrie au d´ebut de notre `ere. Pour rappel, Alexandrie set alors la capitale commerciale de l’Occident.

L’alchimie a `a la fois des objectifs mat´eriels (fabrication de l’or) et spiritiuels. Les deux sont intimement li´es. L’or est l’essence mˆeme de l’´eternit´e, car il est inalt´erable. Les m´etaux mˆurissent dans la Terre mˆeme, on voit une ´evolution des m´etaux du fer `a l’or. L’alchimie veut hˆater cette transformation en ´etant en communion avec les forces cosmiques. L’activit´e de l’alchimite est li´ee `a ce fait. L’alchimiste est pessimiste : le monde se d´egrade.

l’´epoque, on connait 7 m´etaux avec les 7 astres (or avec soleil, argent avec lune, fer avec mars...). Ces connaissances seront receuillies par les Arabes. Au IXe si`ecle, le grand alchimistes arabe Geber. L’alchimiste travaille dans le secret pour l’´esot´erisme de leur pratique, et seront souvent pers´ecut´es. Les Arabes ´etudieront les alcools, les alcalins.... Ce m´elange de chimie et d’alchimie prend son envol au XV-XVI, la m´etallurgie prend son importance.

Paracelse (1493-1541), grand savant m´edecin et alchimiste, utilisera des poudres min´erales pour soigner. Il fonde la iatrochimie : la chimie m´edicale. Il ´etend les 4 ´el´ements antiques par 2 principes : le mercure et le soufre. Les deux derniers sont alors plus que les ´el´ements moderne, ils sont porteurs du principe passif (f´eminin) et actif (masculin) respectivement. L’alchimiste ne pense pas en terme de r´eactions, mais en relations entre principe. Paracelse introduit aussi la notion de sel. Au courant du XVIIIe, on trouve de nouveaux corps simples et les gaz. La chimie des gaz se d´eveloppe autour du progr`es technologique de la pompe `a vide. On d´ecouvre ce que nous appellons l’oxyg`ene, l’hydrog`ene, l’azote, le gaz carbonique, le chlore et le fluor. L’allemand Stahl (1660-1734) propose une th´eorie sur la combustion : il pense qu’un gaz qui s’appelle le phlogistique s’en ´echappe. Le corps qui doit brˆuler contient le phlogistique qui s’´echappe quand il brˆule : c’est de l’antioxyg`ene. L’azote est le gaz sans vie. Pour Stahl, l’oxyg`ene est appel´e “air d´ephlogistique”. C’est dans ce contexte que vient Lavoisier (1743-1794). Il travaille `a la Ferme G´en´erale : banque qui prˆete de l’argent au Roi, puis qui l`eve les impˆots. Entre 5h et 8h du matin, Lavoisier fait de la chimie. Il sent que la combustion est dˆu `a la fixation de l’oxyg`ene. Il `a des ´echanges avec Priestley `a ce sujet.

Le coeur du travail de Lavoisier est la balance, qui est son instrument par excellence. Il va ´etudier la combustion avec pr´ecision, de mani`ere quantitative. Il ´etudiera la combustion de l’hydrog`ene, et fera de la propagande devant le Roi de France avec une d´emonstration : il fait flamber de l’hydrog`ene et se retrouve avec de l’eau entre les mains : l’eau n’est pas un ´el´ement fondamental ! Il rassemble un r´eseau de collaborateurs qui approuvent de sa m´ethodologie et ses th`emes. Lavoisier, `a l’aide de ce r´eseau, va lancer une r´evolution scientifique, grace `a sa m´ethodologie nouvelle.

Lavoisier donnera une vraie structure `a son ´ecole, et donnera `a la chimie un programme de recherche. Il proposera une nouvelle nomenclature, ce qui sera extr`emement important. Il se met en opposition avec l’ancienne ; par extension, il oppose les chimistes aux droguistes. Les anciens noms seront utilis´es encore aujourd’hui dans le cadre commercial. Il a un lien entre adh´erer `a la nomenclature et adh´erer `a la th´eorie, et par analogie `a la Novlangue d’Orwell, la nouvelle nomenclature va progressivement ´epurer les id´ees.

Lavoisier ´ecrit un manuel : un trait´e ´el´ementaire de chimie pour les d´ebutants, il s’adresse au grand public, un peu comme Galil´ee. Il n’invente pas la notion d’´el´ement chimique, mais il la red´efinit. Il fait de l’analyse chimique : un ´el´ement est le dernier terme obtenue par l’analyse. Pour lui et ses collaborateurs, toutes les substances qu’ils n’ont su analyser sont des ´el´ements. Ils ne consid`erait des corps consid´er´es simples comme ´etant compos´es que si l’exp´erience leur en fournit la preuve, c’est une preuve / d´efinition op´eratoire, pratique.

On obtien une nouvelle science normale au sens de Kuhn : on a un nouveau paradigme !

Le XIXe si`ecle d´ecouvrira toute une s´erie de corps simples, notamment par ´electrolyse, grˆace `a la pile de Volta, fin du XVIII.

Sur base du programme de chimie min´erale de Lavoisier, cette chimie acad´emique travaillera de pr`es avec l’industrie, notamment avec la d´ecouverte du precessus Leblanc pour fabriquer de la soude.

Une autre r´evolution intellectuelle est la chimie organique de synth`ese. On synth´etise de l’ur´ee, de l’ac´etyl`ene... en laboratoire, alors qu’on le trouve que dans le vivant. La barri`ere entre le vivant et le non-vivant s’effondre, il n’y a plus de propri´et´ees intrins`eque au vivant. La chimie organique aura des liens tr`es forts avec l’industrie.

On aura une nouvelle image de l’Universit´e : on assiste `a la naissance de grands laboratoires en Allemagne au XIXe si`ecle (Liebig et Baeyer) pour enseigner la chimie pratique. C’est l’Universit´e Humboldtienne : alliant recherche et enseignement.

En 1805, Dalton ´emet sa th´eorie atomique, et va lancer un d´ebat enflamm´e dans le monde de la chimie. Le point de d´epart est la loi de Proust : la loi des proportions d´efinies. Une r´eaction chimique se passe toujours en impliquant les mˆemes proportions. En 1808, Gay-Lussac ´emet une loi sur le volume du gaz, ce qui m`enera Avogadro en 1811 `a ´emettre l’hypoth`ese qu’un volume donn´e de gaz contient un nombre donn´e d’atomes (on ne fait pas encore la diff´erence entre atomes et mol´ecules). En 1819, Dulong et Petit montrent que la capacit´e calorifique d’un atome est constante, ce qui renforce la th´eorie atomiste. En 1833, Faraday met en ´evidence des isotopes.

L’opposition f´eroce `a la th´eorie atomique est surtout bas´ee sur le fait qu’on va au-del`a de l’observable. Cependant, les progr`es de la chimie organique, en particulier, remettent l’atomisme au premier plan : il ont une n´ecessit´e de clarifier la nomenclature (par exemple, il existe 19 formules possible pour l’acide ac´etique).

Le Congr`es de Karlsruhe en 1860, le premier congr`es scientifique moderne, verra l’av`enement d’un jeune professeur russe : Mendele¨ıev, qui fera une classification des ´el´ements. On verra ´egalement la naissance de la thermodynamique.

Maxwell et Boltzmann vont introduire la m´ecanique statistique pour ´etudier la thermodynamique au niveau microscopique. On a r´eversibilit´e au niveau microscopique, mais irr´eversibilit´e au niveau macroscopique (ex : encre dans de l’eau). L’expliquation que donne Boltzmann est que le syst`eme ´evolue spontan´ement vers l’´etat donnant le plus de microconfigurations. Ind´ependamment de la chimie, l’atomisme joue donc un rˆole en physique.

Ce qui va rallier les scientifiques `a la cause atomistes est la synth`ese faite par Jean Perrin en 1911 : Les Atomes. En 1905, Einstein ´ecrit 4 papiers : E = mc2, quanta ; relativit´e et mouvement brownien. Perrin s’int´eresse `a ces mouvements browniens et va d´eduire le nombre d’Avogadro en exp´erimentant. Il tient aussi compte des rotations, et trouve un nombre d’Avogadro similaire. Dans sa synth`ese, il expose 13 mani`eres de d´eterminer ce nombre d’Avogadro, toutes en accord. Les scientifiques seront enfin d’accord, la Nature leur livre une v´erit´e. Ces 13 mani`eres sont tr`es avanc´ees et utilisent parfois des th´eories quantique non approuv´ees (Planck) et des m´ecanismes statistiques inhabituels (Einstein).

Ses mesures n´ecessitent donc de croire en des th´eories tr`es avanc´ees. La convergence des r´esultats vers le mˆeme nombre conforte ces th´eories. Il y a une grande part de croyance, de confiance en la science. Il faut avoir un esprit critique, mais positif n´eanmoins. En 1911, la communaut´e est devenue atomiste. On a donc beaucoup de d´ecouvertes en peu de temps : ´electron, radioactivit´e, noyau atomique...