Lavoisier : le père de la chimie moderne qui perdit la tête

Le 8 mai 1794, Antoine Laurent de Lavoisier fut exécuté par la guillotine à Paris. Il avait cinquante ans, était largement reconnu comme le plus grand chimiste de France et sans doute la figure la plus importante de l’histoire de la chimie. Le Tribunal révolutionnaire qui le condamna aurait déclaré : « La République n’a pas besoin de savants. » Que ces mots exacts aient été prononcés ou non, le sentiment était réel. L’un des plus brillants esprits du XVIIIe siècle fut détruit parce qu’il avait également été fermier général.

Le mathématicien Joseph-Louis Lagrange déclara le lendemain : « Il ne leur a fallu qu’un instant pour faire tomber cette tête, et cent ans peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable. » Il n’exagérait pas. Lavoisier avait transformé la chimie d’un art en une science. Il avait renversé la théorie du phlogistique, identifié le rôle de l’oxygène dans la combustion et la respiration, contribué à créer le système moderne de nomenclature chimique et rédigé le premier manuel de chimie moderne. Son exécution fut l’une des grandes tragédies de la Révolution française et l’une des grandes pertes de l’histoire des sciences.

Avant Lavoisier : le monde du phlogistique

Pour comprendre ce que Lavoisier accomplit, il faut savoir à quoi ressemblait la chimie avant lui. Au milieu du XVIIIe siècle, la théorie dominante de la combustion était la théorie du phlogistique, proposée par le chimiste allemand Georg Ernst Stahl vers 1700. Selon cette théorie, tous les matériaux combustibles contiennent une substance appelée phlogistique. Quand quelque chose brûle, il libère du phlogistique dans l’air. Quand un métal rouille (ou « se calcine »), il libère également du phlogistique, laissant derrière lui une chaux (ce que nous appelons aujourd’hui un oxyde).

La théorie du phlogistique était élégante et largement acceptée. Elle expliquait pourquoi les choses brûlent, pourquoi les métaux rouillent et pourquoi l’air est nécessaire à la combustion (l’air absorbe le phlogistique libéré). Mais elle avait un défaut fatal : quand les métaux sont calcinés, la chaux résultante pèse plus que le métal d’origine. Si du phlogistique est libéré, le produit devrait peser moins, pas plus. Les défenseurs de la théorie proposèrent que le phlogistique avait un poids négatif, une suggestion que même certains contemporains trouvaient absurde.

Lavoisier vit clair dans la confusion. Sa grande réalisation fut de remplacer la théorie du phlogistique par un nouveau cadre fondé sur la mesure précise, l’expérimentation rigoureuse et le principe que la matière n’est ni créée ni détruite.

La révolution de l’oxygène

En 1774, le chimiste anglais Joseph Priestley visita Paris et raconta à Lavoisier un gaz qu’il avait isolé en chauffant de la chaux de mercure (oxyde de mercure). Ce gaz entretenait vigoureusement la combustion et maintenait une souris en vie plus longtemps que l’air ordinaire. Priestley l’appela « air déphlogistiqué », l’interprétant dans le cadre de la théorie du phlogistique.

Lavoisier répéta les expériences de Priestley avec une précision caractéristique et parvint à une conclusion radicalement différente. Le gaz n’était pas de l’air privé de phlogistique. C’était un élément distinct, un composant de l’air ordinaire qui se combine avec les substances lors de la combustion et de la respiration. Il le nomma oxygène (du grec « formeur d’acide », car il croyait, à tort, que tous les acides contiennent cet élément).

Avec cette intuition, tout se mit en place. La combustion n’est pas la libération de phlogistique ; c’est la combinaison d’une substance avec l’oxygène. La rouille est le même processus, plus lent. La respiration est une forme de combustion lente dans les poumons. La prise de poids lors de la calcination s’explique par l’addition d’atomes d’oxygène au métal. Aucune substance mystérieuse à poids négatif n’est nécessaire.

Lavoisier publia sa nouvelle théorie dans une série d’articles et dans son chef-d’œuvre, le Traité Élémentaire de Chimie (1789). Ce livre est considéré comme le premier manuel de chimie moderne. Il présentait la chimie comme une science systématique fondée sur la mesure quantitative, définissait le concept d’élément chimique comme une substance qui ne peut être davantage décomposée, et listait 33 éléments connus à l’époque (dont l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le carbone, le soufre et plusieurs métaux).

La loi de conservation de la masse

La contribution la plus fondamentale de Lavoisier fut le principe qui allait devenir la loi de conservation de la masse : dans toute réaction chimique, la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits. Rien n’est créé. Rien n’est détruit. La matière change de forme mais pas de quantité.

Ce principe, que Lavoisier établit par des mesures minutieuses avec des balances de précision, transforma la chimie d’un art qualitatif en une science quantitative. Avant Lavoisier, les chimistes décrivaient les réactions en termes vagues. Après Lavoisier, chaque réaction devait être équilibrée : la masse entrante doit égaler la masse sortante. Cette exigence força les chimistes à être précis, à mesurer soigneusement et à rendre compte de chaque substance impliquée dans une réaction. C’est le fondement sur lequel repose toute la chimie moderne.

Le nouveau langage chimique

Lavoisier comprit que la clarté de la pensée exige la clarté du langage. Avec ses collègues Claude Louis Berthollet, Antoine François de Fourcroy et Louis Bernard Guyton de Morveau, il créa un nouveau système de nomenclature chimique qui remplaça les noms médiévaux chaotiques par des termes systématiques fondés sur la composition.

La « poudre d’Algaroth » devint l’oxychlorure d’antimoine. Le « beurre d’arsenic » devint le trichlorure d’arsenic. L’« huile de vitriol » devint l’acide sulfurique. Les nouveaux noms indiquaient de quoi une substance était faite. Ce n’était pas un simple changement cosmétique. En intégrant l’information chimique dans les noms eux-mêmes, Lavoisier facilita la réflexion systématique sur les réactions, les compositions et les relations entre substances.

Le système de nomenclature de 1787, affiné et étendu, reste aujourd’hui la base de la dénomination chimique. Chaque étudiant en chimie qui apprend que l’eau est H2O ou que le sel de table est le chlorure de sodium utilise un descendant du système de Lavoisier.

Marie-Anne Paulze : l’épouse qui était aussi collaboratrice

La femme de Lavoisier, Marie-Anne Paulze, était bien plus qu’une compagne domestique. Elle était son assistante de laboratoire, sa traductrice, son illustratrice et sa partenaire intellectuelle. Elle traduisait les articles scientifiques de l’anglais (une langue que Lavoisier lisait mal), dont les travaux de Priestley et de Henry Cavendish. Elle dessina les illustrations détaillées du Traité Élémentaire. Elle tenait des cahiers de laboratoire méticuleux. Et elle organisait les salons scientifiques où Lavoisier débattait de ses idées avec d’autres scientifiques.

Après l’exécution de Lavoisier, Marie-Anne travailla à préserver son héritage. Elle publia ses manuscrits restants, organisa ses papiers et veilla à ce que ses contributions ne soient pas oubliées. Sans elle, une grande partie de l’œuvre inédite de Lavoisier aurait pu être perdue.

Le fermier général et la guillotine

La chute de Lavoisier n’avait rien à voir avec la chimie. Avant la Révolution, il était membre de la Ferme générale, un consortium privé qui collectait les impôts pour le compte de la couronne française. Les fermiers généraux étaient largement détestés pour leur richesse et leur association avec l’ancien régime. Quand la Révolution se radicalisa, les anciens fermiers généraux furent arrêtés, jugés et condamnés comme ennemis du peuple.

La réputation scientifique de Lavoisier n’offrit aucune protection. Ses collègues pétitionnèrent pour sa libération, arguant que ses contributions à la science étaient inestimables. L’appel fut rejeté. Le 8 mai 1794, Lavoisier fut guillotiné avec vingt-sept autres anciens fermiers généraux. Il fut enterré dans une fosse anonyme.

Dix-huit mois plus tard, le gouvernement français reconnut officiellement que les charges portées contre lui avaient été fabriquées. Une lettre de réhabilitation fut envoyée à sa veuve. Il va sans dire qu’elle arriva trop tard.

• Identifia le rôle de l’oxygène dans la combustion et la respiration
• Nomma l’hydrogène et l’oxygène
• Établit la loi de conservation de la masse
• Rédigea le premier manuel de chimie moderne (1789)
• Créa la nomenclature chimique systématique encore utilisée aujourd’hui
• Lista 33 éléments chimiques, remplaçant les quatre « éléments » classiques

La place de Lavoisier dans l’histoire des sciences

Lavoisier se situe à la frontière entre l’ancien monde et le nouveau, non seulement en politique mais aussi en science. Avant lui, la chimie était un recueil de recettes et de théories tenues ensemble par la tradition. Après lui, c’était une discipline rigoureuse et quantitative avec son propre langage, ses propres lois et ses propres critères de preuve. La transformation fut aussi complète que celle réalisée par Newton en physique ou Darwin en biologie.

L’histoire plus large de la manière dont des individus ont transformé notre compréhension du monde naturel est magnifiquement documentée dans la collection Portraying Science (édition anglaise) de Kronecker Wallis, qui présente quatre siècles de portraits scientifiques. Lavoisier lui-même apparaît dans l’un des portraits scientifiques les plus célèbres jamais peints : le double portrait d’Antoine et Marie-Anne Lavoisier par Jacques-Louis David, aujourd’hui au Metropolitan Museum of Art.

Pour ceux qui s’intéressent aux fondements mathématiques et physiques sur lesquels la chimie de Lavoisier s’appuya, les Principia (édition anglaise) de Newton établirent les lois du mouvement et de la gravitation qui définirent la révolution scientifique que Lavoisier acheva en chimie. Et la tradition de mesure précise et quantitative que Lavoisier défendit trouve son expression mathématique la plus pure dans les Éléments d’Euclide (édition anglaise), le livre qui enseigna aux scientifiques ce que signifie la rigueur.

La thèse de doctorat (édition anglaise) de Marie Curie sur la radioactivité représente la prochaine grande révolution dans notre compréhension de la matière après Lavoisier. Là où Lavoisier prouva que les éléments sont conservés dans les réactions chimiques, Curie montra que les atomes eux-mêmes peuvent se transformer, émettant de l’énergie et des particules. Ses travaux ouvrirent la porte à la physique nucléaire et réécrivirent les règles que Lavoisier avait établies.

La République avait besoin de savants

Le Tribunal révolutionnaire avait tort. La République avait besoin de savants, et elle avait besoin de Lavoisier plus que de la plupart. Dans les années suivant sa mort, la chimie française s’épanouit sur les fondations qu’il avait posées. Ses élèves et collègues étendirent ses méthodes à de nouveaux éléments, de nouvelles réactions et de nouvelles applications industrielles. La révolution chimique qu’il avait lancée transforma la médecine, l’agriculture, l’industrie et la guerre.

Lavoisier ne vécut rien de tout cela. Il fut tué à cinquante ans, avec des décennies de travail productif devant lui, par une révolution qui ne sut pas distinguer un système fiscal corrompu de l’homme qui se trouvait y travailler. Son histoire rappelle que le génie scientifique ne protège pas de la violence politique, et que la perte d’un seul esprit peut retarder le savoir humain d’une génération. La tête qui tomba le 8 mai 1794 contenait des idées sur lesquelles le monde bâtit encore aujourd’hui.