Sommaire

Introduction

Préhistoire et Antiquité

De la chimie empirique aux premières théories de la matière

De 30 000 av. J.-C. au IIIe siècle de notre ère

Du Moyen Âge aux Lumières

La chimie moderne émerge de l’alchimie et s’en éloigne

Du IIIe siècle à 1 777

Lumières et révolutions

De la chimie devenue « science chimique » à la chimie industrielle

De 1 778 à 1889

La chimie à l’ère de la théorie atomique

De la molécule au gène

De 1 896 à aujourd'hui

Quand l’univers fait sa chimie

De la chimie partout, avant et sans les chimistes

Depuis 13,7 milliards d'années

La chimie est partout

Bibliographie

Remerciements

Nous tenons à exprimer notre gratitude à l’équipe des collaborateurs d’ ADAPT, animée par Alain Prevot. Que leur aide et leurs suggestions, indispensables à la réalisation de cet ouvrage, trouvent ici l’expression de nos plus sincères remerciements.

Les auteurs

Introduction

Roald Hoffmann, prix Nobel de chimie en 1981, a défini la chimie contemporaine comme étant « la science centrale ». Pour nous en convaincre, il suffit de considérer ses applications, qui conditionnent le moindre de nos actes et apparaissent à tous les niveaux de notre environnement familier ou professionnel. Elle possède des domaines communs avec toutes les disciplines scientifiques et le nombre de ses réalisations ne cesse de croître à un rythme soutenu. Cette étonnante fécondité s’explique par une définition qui est communément admise et d’usage pratique : la chimie est la science de la matière, de ses structures et de ses transformations. Sa situation présente résulte d’une très longue histoire qui, pendant des siècles, s’apparente à celle des techniques artisanales, ce qui explique l’étonnante familiarité que nous avons avec son vocabulaire et l’imagerie qui lui est associée. Comme dans la plupart des sciences contemporaines, les chimistes utilisent souvent des concepts anciens, mais avec une signification et des bases théoriques qui n’ont aucun lien avec leur sens primitif. L’exemple le plus évident est fourni par le concept d’atome qui a vingt-cinq siècles d’existence et de métamorphoses.

Nous nous proposons dans cet ouvrage de montrer comment la chimie moderne a progressivement émergé, pour finir par s’affirmer comme la discipline scientifique dont les fondations sont établies avec un degré de certitude et de vérification expérimentale unique dans l’histoire des sciences appliquées.

Nous pouvons distinguer dans cette évolution plusieurs étapes dont la chronologie suit exactement l’histoire générale des sciences. Dès les débuts de l’humanité, les hommes ont utilisé les matériaux que fournissait leur entourage et ont acquis de cette façon un nombre considérable de connaissances empiriques. Ce sont les philosophes grecs qui les premiers ont tenté de systématiser l’étude rationnelle de la nature (physis) et de leurs connaissances. Dès cette époque, deux grandes théories de la matière émergent. La première, souvent appelée théorie « élémentale », considère la matière comme formée par les combinaisons de quatre éléments, l’eau, l’air, le feu, la terre. Pour la seconde, appelée « théorie atomiste », le monde est constitué par les combinaisons aléatoires d’un nombre infini de substances microscopiques insécables, les atomes. La théorie des quatre éléments l’a emporté sous la forte autorité d’Aristote et il faudra attendre le xviie siècle pour qu’elle soit véritablement battue en brèche, avec la naissance de la science moderne. Les événements vont dès lors s’enchaîner : au xviiie siècle sont établies les premières grandes lois qui régissent le comportement des différents états de la matière (solide, liquide, gaz) et les grands principes de conservation (énergie, quantité de matière). Le véritable âge d’or de la chimie est le xixe siècle qui voit le triomphe de la théorie atomique et, dans le domaine des applications, les premières réalisations industrielles à très grande échelle. À partir du xxe siècle, la chimie est devenue une discipline autonome qui explore tous les aspects de la matière et réalise d’innombrables synthèses, y compris dans le domaine des produits naturels. La fin de ce siècle et les débuts du nôtre voient la chimie continuer d’étendre ses zones d’influence, en direction de la biologie, de la médecine, de la science des matériaux, sans qu’il nous soit possible d’entrevoir, ni même de penser, les limites de cette expansion.

Nous proposons de suivre cette évolution rapidement esquissée en la bornant par des dates et des hommes qui ont contribué de façon significative à son aboutissement. Cette méthode comporte nécessairement certains choix arbitraires et ne saurait être exhaustive. Nous pensons toutefois que les dates et les hommes étudiés recouvrent l’essentiel des grandes étapes de l’histoire de la chimie. Cet arbitraire sera évidemment apparent lors de notre étude de l’époque récente, focalisée sur des hommes que nous avons connus et des découvertes auxquelles nous avons été, de près ou de loin, à notre modeste échelle, associés.

Nous nous adressons à des non-spécialistes, n’ayant que des notions très générales de chimie, et l’ouvrage se présente donc comme une histoire accessible à tous. Nous avons évité dans la mesure du possible les données numériques, les concepts utiles aux seuls spécialistes et l’emploi de noms complexes qui n’apportent rien à la compréhension du texte. Pour le lecteur soucieux de mieux connaître certains domaines, nous fournissons une bibliographie qui permet de s’orienter vers une approche plus approfondie, voire spécialisée.

Nous souhaitons au lecteur une agréable promenade à travers les siècles durant lesquels la chimie a lentement évolué pour parvenir à sa situation actuelle. Ce périple vous permettra de comprendre et admirer la nature dont les beautés restent inépuisables et paraissent encore plus évidentes quand on en connaît les mécanismes intimes.

Ce tableau est une version moderne de la table de Mendeleïev ; il inclut des informations et des éléments qui n’étaient pas connus à son époque. Cette classification est aujourd’hui encore affichée dans de nombreuses classes, dans les universités et même les laboratoires de chimie, ce qui montre la fécondité des travaux de Mendeleïev.

dès 30 000 av. J.-C. - Aspects de la chimie préhistorique : peintures et poterie

4 500 av. J.-C. - Les racines antiques de la chimie : naissance de la métallurgie

3 000 av. J.-C. - Les débuts de l’art chimique : fermentations, encres, colorants

550 av. J.-C. - Pythagore, Empédocle et la théorie des quatre éléments

400 av. J.-C. - Démocrite et Leucippe inventent l’atomisme

400 av. J.-C. - Platon : la mathématique, clef de toute connaissance du monde

350 av. J.-C. - Aristote fixe pour des siècles la théorie des éléments

Ier siècle apr. J.-C. - Pline l’Ancien publie la première encyclopédie universelle

IIIe siècle apr. J.-C. - Les papyrus de Leyde et de Stockholm : premiers écrits alchimiques

dès 30 000 av. J.-C.

Aspects de la chimie préhistorique : peintures et poteries

L’utilisation des matériaux naturels à des fins utilitaires caractérise l’espèce Homo sapiens dès son apparition. C’est à partir de connaissances empiriques que peu à peu se dégagent les bases d’une science des matériaux et du vivant.

Hyène de la grotte Chauvet

Un survol historique rapide

Le genre Homo apparaît il y a environ 2,5 millions d’années. Ses traces sont généralement accompagnées d’outils rudimentaires. Il est admis que l’Homo sapiens (notre espèce) n’émerge que 200 000 ans avant notre ère. Des outillages en pierre sont trouvés tout au long de la période paléolithique.

Utilisation des colorants minéraux

L’art pariétal de la fin de l’époque paléolithique révèle une grande connaissance des colorants naturels, souvent appelés pigments. Ceux-ci sont généralement constitués par des oxydes minéraux, ce qui explique leur remarquable stabilité à l’air. Ils sont toutefois endommagés par l’humidité et la présence de champignons. Le colorant noir était aisément obtenu à partir du charbon de bois végétal ou, pour un noir de meilleure qualité, à partir d’os brûlés.

En France, des exemples fameux se trouvent dans la grotte Chauvet (- 30 000) et dans celle de Lascaux (- 17 000). Les peintures et les couleurs employées attestent une très grande maîtrise artistique, jointe à la connaissance des propriétés des matériaux.

Maîtrise de l’argile

Puis, au néolithique, de remarquables poteries attestent un art raffiné en Orient et en Asie Mineure (10 000 av. J.-C.).

Chevaux de la grotte de Lascaux

Notons que l’utilisation du tour de potier naît vers 3 000 av. J.-C. dans ces mêmes régions, accompagnée de l’usage de matières minérales colorantes. Le travail de diverses sortes d’argiles constitue le premier exemple d’artisanat qui nécessite des connaissances très précises des matériaux et de leurs propriétés.

Poterie néolithique

L'art de la couleur

C’est par l’intermédiaire de la technique artisanale et artistique que se développe la connaissance des matériaux minéraux et de leurs propriétés. L’utilisation de divers types d’argiles et de colorants à base d’oxydes métalliques n’a pratiquement pas évolué depuis cette époque, jusqu’à l’apparition des colorants organiques de synthèse à la fin du xixe siècle.

Quand un maître comme van Eyck ou van der Weyden (xve siècle) exécutait une commande, il établissait préalablement un devis pour l’achat des matières premières des colorants. Ceux-ci étaient ensuite préparés par les aides et les apprentis. Cette pratique a quasiment perduré jusqu’au xviie siècle où apparaîtront des ateliers de préparation et de vente des couleurs. C’est l’invention de la peinture en tube, au xixe siècle, qui permettra aux artistes impressionnistes de travailler hors de leurs ateliers.

Carrière d’ocre, colorant naturel (Roussillon, France)

4 500 av. J.-C.

Les racines antiques de la chimie : naissance de la métallurgie

La métallurgie joue un rôle très important dans l’histoire de la chimie. Les techniques et les procédés de transformation des minerais et des alliages ont marqué l’histoire des civilisations.

Masque funéraire dit d'Agamemnon, en or

Les premières utilisations des métaux

Les plus anciennes utilisations connues des métaux apparaissent dans les parures et les objets associés aux cultes des morts, il y a environ 4 500 ans avant notre ère.

Les métaux natifs, or, argent, cuivre, ont été les premiers utilisés. Ils étaient accessibles à ciel ouvert après des mouvements de terrain, dans le lit des rivières ou encore à la suite de l’érosion éolienne. Certains échantillons pouvaient aussi provenir de la chute de météorites de grande taille, n’ayant pas été détruites en pénétrant dans l’atmosphère terrestre, quand celle-ci était pauvre en oxygène.

L’or et l’argent ont d’emblée joué un rôle important, pour deux raisons d’ordre chimique : ces métaux, peu oxydables, se conservent très longtemps sans être altérés, de plus, ductiles, ils sont faciles à travailler comme l’illustre le masque attribué à Agamemnon datant de l’époque mycénienne (xve – xiie siècles avant notre ère).

Or natif

Argent natif

Cuivre natif

Utilisation de la fusion du métal

L’utilisation du cuivre fondu apparaît en Mésopotamie vers 4 500 av. J.-C. Au départ, ce sont des pépites de cuivre natif qui sont utilisées. Une fois fondu, le métal était moulé en lingots pouvant être travaillés par martelage.

Cette période est appelée âge du cuivre. L’obtention du cuivre par fusion du minerai est plus tardive (1 200 av. J.-C.). Elle précède l’âge du bronze.

Traitement des alliages de cuivre et d’étain (bronzes)

La fabrication d’objets en bronzes, de diverses origines et avec des proportions variées de cuivre et d’étain, apparaît vers 1 800 av. J.-C. et caractérise l’âge du bronze. La fin de l’âge du bronze se situe aux débuts de la période historique qui coïncide avec la mise au point de la métallurgie du fer (âge du fer, vers 1 000 av. J.-C.).

Bijou en bronze

Avec les objets en bronze puis en fer, l’ensemble des sociétés humaines en contact avec ces nouveaux métaux évolue vers les formes qui nous sont familières.

Euréka !

Les développements de la métallurgie à grande échelle apparaissent au début de l’âge du bronze (vers 1 800 av. J.-C.). La fabrication des armes métalliques a très largement contribué à l’extension et aux perfectionnements de techniques qui étaient souvent tenues secrètes. La maîtrise des différents alliages est à la base de l’alchimie qui naît au iiie siècle avant notre ère à Alexandrie.

Il convient de noter que les différents procédés de falsification du titre des métaux nobles (or, argent) sont également très anciens. La légende dit que c’est pour vérifier si une couronne fournie à Hiéron II, tyran de Syracuse, était en or pur qu’Archimède utilisa la notion de masse spécifique qu’il venait d’inventer dans sa baignoire, ce qui l’aurait poussé à sortir nu dans les rues en criant « euréka » : j’ai trouvé !

Faux du IIIe siècle avant notre ère (Loiret)

3 000 av. J.-C.

Les débuts de l’art chimique : fermentations, encres, colorants

3000 ans avant notre ère, en parallèle aux progrès de l’architecture, de nombreuses techniques artisanales atteignent un haut degré de maîtrise.

Récolte et foulage du raisin en Égypte (tombe du chancelier Nakht à Thèbes)

Les fermentations

La fabrication du pain par fermentation de la farine est très ancienne. Celle de la bière à partir de galettes, formées d’épeautre et d’orge, cuites puis mises à fermenter dans l’eau, est attestée dès 4 000 av. J.-C. en Mésopotamie. Enki, le dieu sumérien de l’agriculture, est père de Ninkasi, déesse de la bière. Le liquide fermenté, auquel était ajouté du miel et des aromates, était mis en pots. Cette denrée était utilisée pour la nourriture, mais elle servait aussi de monnaie d’échange, ce qui explique sa rapide diffusion au Moyen-Orient.

Enki, dieu sumérien, et les céréales

La fabrication du vin apparaît simultanément dans le Caucase et en Mésopotamie vers 4 000 av. J.-C.

Un début de pratique à grande échelle

L’utilisation des encres et des colorants ainsi que les procédés de fixation sont très anciens. Parmi ceux qui sont le plus souvent rencontrés, nous trouvons le safran (jaune d’origine végétale), le pastel (bleu végétal, obtenu à partir de l’Isatis tinctoria), le kermès (rouge obtenu à partir de galles d’insectes), la garance (rouge d’origine végétale), le murex (rouge, obtenu à partir d’un coquillage), le vert de malachite et le bleu de lapis-lazuli (obtenus à partir de minéraux).

Lapis-lazuli

 Garance (plante)

L’Égypte antique a développé une véritable industrie de l’embaumement en utilisant le natron, mélange de bicarbonate et de carbonate de sodium, destiné à sécher les tissus, additionné de bitume pour les protéger. L’art égyptien révèle également une parfaite maîtrise des techniques de peinture, à l’aide d’une vaste palette de colorants ayant parfaitement résisté au temps.

L’apparition des savons est également très ancienne, les premiers exemples connus étaient faits d’une pâte molle à base de natron, de cendres, d’huile et d’argile.

La pourpre, de l’imperator au cardinal

La maîtrise des fermentations et des transformations nécessaires à l’extraction des colorants à partir de leurs sources minérales, animales ou végétales, créent les conditions empiriques qui aboutissent à un début de connaissance chimique de la matière. L’ensemble de ces techniques sera très largement utilisé par les alchimistes.

L’extraction de la pourpre, un rouge violacé brillant, à partir d’un coquillage, le murex, est connue depuis les Phéniciens. Les Romains en firent un grand usage symbolique, la réservant au temps de la République aux imperatores, magistrats titulaires de l’imperium, c’est-à-dire du commandement en chef des armées. Par la suite, elle fut réservée aux empereurs, imperatores permanents. La tradition perdure chez les cardinaux catholiques revêtus de la célèbre « pourpre cardinalice ».

Coquille de murex (pourpre) : en haut, photographie ; en bas, dans une mosaïque romaine antique

550 av. J.-C.

Pythagore, Empédocle et la théorie des quatre éléments

À partir du vie siècle av. J.-C. apparaissent en Grèce les premières tentatives de description du monde de caractère rationnel. Nous assistons en fait à la naissance de la science.

La description de la nature (physis en grec) implique deux domaines distincts. Le premier, immuable, est le monde supra-lunaire, constitué par les astres. Le second monde, infra-lunaire, voué au devenir, est notre monde terrestre. Afin de le décrire dans tous ses aspects, le concept d’élément est appelé à une longue postérité. Pour les premiers philosophes, ce terme décrit à la fois un principe d’organisation à l’œuvre dans la nature et une réalité tangible. Nous citerons trois contributions importantes.

Héraclite vu par Raphaël (détail de L’École d’Athènes, 1508-1512, Vatican)

Héraclite

Héraclite (576-480 av. J.-C.), né à Éphèse, est surnommé l’Obscur car ses écrits sont difficiles à interpréter ; il rapporte l’ensemble des propriétés du monde aux différents états d’un élément unique : « Le feu est l’élément de toute chose. » Les modifications incessantes de cet élément engendrent un monde mouvant, instable, qu’il résume par sa plus célèbre sentence : « Tout passe, rien ne demeure. »

Pythagore vu par Raphaël (bibliothèque du Vatican)

Pythagore

Pythagore est né à Samos vers 580 av. J.-C. Sa doctrine était secrète (ésotérique) et elle est connue par les écrits et l’influence de ses successeurs, les pythagoriciens. Il vécut en Sicile entouré de disciples formant une sorte de secte. Ses travaux mathématiques ont eu une grande résonance. En affirmant « tout est nombre » il inaugure l’approche scientifique de la connaissance du monde qu’il décrit à l’aide de quatre éléments : le feu, l’air, l’eau, la terre. Le rôle de son école est considérable pour toute la suite de la philosophie grecque et au-delà, de la science en général.

Empédocle (ouvrage de Schedel, 1493)

Empédocle

Empédocle (490-435 av. J.-C.) est né en Sicile, à Agrigente. Il fut influencé par l’école pythagoricienne. On lui attribue l’énoncé formel de la théorie élémentale basée sur l’existence et l’interaction de quatre éléments. Il reprend les éléments de Pythagore, le feu, l’air, l’eau, la terre. À cet ensemble, il ajoute deux principes dynamiques qui animent les éléments : l’amour qui tend à les composer et la haine qui les éloigne. En termes modernes, nous dirions l’attraction et la répulsion, à la base de toute structure matérielle. La légende dit qu’Empédocle se jeta dans l’Etna et qu’on ne retrouva de lui que ses sandales.

L’homme aux semelles de bronze

Selon la tradition, Empédocle fut presque considéré comme un dieu par ses contemporains. Il s’était fait fabriquer des sandales de bronze. À la fin de sa vie, il gravit les flancs de l’Etna et se jeta dans le cratère. Ce dernier recracha une de ses sandales, preuve s’il en fallait qu’Empédocle n’était pas « Monsieur Tout-le-Monde » !

La théorie des quatre éléments d’Empédocle sera reprise par Platon puis Aristote qui ajouteront un cinquième élément, l’éther, dans lequel baigne le monde.

Il faudra attendre Galilée et Descartes pour que cette théorie soit rejetée. Ce n’est qu’à la fin du xixe siècle que la théorie de l’existence de l’éther sera définitivement abandonnée, après les fameuses expériences de Michelson et Morley (de 1881 à 1887), montrant que la lumière se propage à vitesse constante dans toutes les directions. Einstein en fera la base de sa théorie de la relativité.

Les quatre éléments : la Terre, l’Eau, l’Air et le Feu (ouvrage d’alchimie de 1624)

400 av. J.-C.

Démocrite et Leucippe inventent l’atomisme

Démocrite (460-366 av. J.-C.) et Leucippe, trente ans avant Platon, donnent naissance au courant atomiste. Platon puis Aristote s’y opposeront avec vigueur. À leur suite, la physique des atomistes sera âprement combattue jusqu’au xviie siècle, avant qu’elle ne devienne prépondérante au xixe siècle.

La physique de Démocrite

Elle n’est qu’un aspect d’une philosophie beaucoup plus complète. Selon ses préceptes, les objets de la nature (physis) sont constitués d’atomes. Ces derniers sont des particules éternelles de taille infime mais finie, en nombre infini, se mouvant au hasard dans le vide. Leurs chocs engendrent ou dégradent toute chose. Démocrite est considéré comme l’un des pères du matérialisme. La tradition le montre toujours riant en considérant la vanité du monde, à l’opposé d’Héraclite qui était toujours triste, pour les mêmes raisons.

Démocrite vu par Antoine Coypel (1692, Louvre)

Épicure, disciple de Démocrite

La physique de Démocrite présente de nombreuses failles logiques. Épicure (341-270 av. J.-C.) les corrige en grande partie : il attribue une masse et une forme aux atomes et il tente d’expliquer la présence de formes stables. On lui attribue, mais c’est contesté, la sentence : « Toutes choses dans l’univers sont le fruit du hasard et de la nécessité. »

Lucrèce vu par Burghers (1682)

Lucrèce

Lucrèce (ier siècle av. J.-C.) invente les atomes crochus. On sait peu de chose de ce grand poète qui professait la discrétion. Son œuvre maîtresse De rerum natura (Des choses de la nature) est un très beau poème d’inspiration épicurienne. Il explique que certains atomes ont une forme telle qu’ils peuvent s’accrocher selon certaines configurations, comme s’ils possédaient de minuscules crochets. Cette idée intuitive a beaucoup fait sourire, mais il se trouve qu’elle n’est pas éloignée de la manière dont les chimistes contemporains décrivent les liaisons directionnelles des atomes dans l’espace, donnant ainsi leur forme aux molécules.

Épicure vu par Raphaël (détail de L'École d’Athènes, 1508-1512, Vatican)

Une situation délicate : être atomiste

L’atomisme sera combattu par les autres philosophes dès son origine, pour deux raisons majeures. La première est qu’il prône l’existence d’une matière discontinue, où le vide règne entre les atomes. Or, pour Platon et Aristote, le vide, assimilé au non-être, ne peut avoir de réalité. La seconde est que cette philosophie donne un rôle déterminant au hasard et se trouve donc en contradiction avec le déterminisme aristotélicien.

Les doctrines d’Épicure et de Lucrèce seront pendant des siècles assimilées à une philosophie proche de l’athéisme.

À partir du xviie siècle, l’atomisme aura des adeptes reconnus comme Gassendi et surprenants comme Cyrano de Bergerac. Descartes lui sera opposé. Un peu plus tard, Newton l’adoptera et tentera même de définir un modèle mécaniste où les forces qui attirent et repoussent les atomes au sein de la matière sont d’une nature proche des forces gravitationnelles. Cette intuition ne sera confirmée qu’au xxe siècle avec la théorie quantique.

400 av. J.-C.

Platon : la mathématique, clef de toute connaissance du monde

Platon (427-348 av. J.-C.), imprégné de pythagorisme, énonce la première théorie mathématique de la nature à partir de la géométrisation des quatre éléments.

Platon vu par Raphaël (détail de L'École d’Athènes, 1508-1512, Vatican)

L’influence de Platon sur l’ensemble de la philosophie est considérable. Nous n’évoquons que la partie qui concerne le développement de la science telle que nous la connaissons. Fortement imprégné des théories de Pythagore, il pose en principe que les mathématiques constituent le langage permettant de connaître le monde. Au fronton de l’Académie qu’il crée, il écrit : « Que nul n’entre ici s’il n’est géomètre. »

Platon part de la théorie des Idées, immuables, parfaites, immortelles. Leur perfection, leur harmonie, s’exprime en particulier dans la symétrie des cinq solides parfaits, appelés polyèdres. Seuls ces cinq polyèdres possèdent une symétrie maximale : faces polygonales régulières, identiques, faisant entre elles des angles égaux.

Les cinq solides platoniciens

À chaque élément est associé un polyèdre : feu (tétraèdre), terre (cube), eau (isocaèdre), air (octaèdre). Au cinquième polyèdre, le dodécaèdre, est associée la perfection de l’univers. Les faces des polyèdres liés aux éléments sont ensuite réductibles à des triangles rectangles élémentaires dont les réarrangements permettent de convertir les éléments les uns dans les autres.

Le dodécaèdre par Léonard de Vinci (1495)

La postérité du platonisme

L’introduction de la symétrie liée aux éléments et à l’harmonie universelle aura une influence considérable sur l’évolution des sciences. Le néoplatonisme de la Renaissance en est un exemple éloquent avec les fameux dessins des polyèdres réguliers de Léonard de Vinci.

Un peu plus tard, Kepler tentera d’assimiler les orbites des planètes aux solides parfaits, avant de s’orienter vers la physique quantitative et l’énoncé de lois mathématiques.

Les planètes et les polyèdres selon Kepler (1596)

Pythagore, l’homme qui haïssait les fèves !

L’assimilation des quatre éléments à des polyèdres parfaits par Platon repose sur leur définition par Pythagore et son école. Cette dernière, où les femmes étaient admises au même titre que les hommes, fut souvent appelée « secte des pythagoriciens ». Ses adeptes se distinguaient par de nombreux interdits alimentaires, en particulier le végétarisme, et surtout une aversion radicale pour les fèves. La tradition dit qu’un couple de pythagoriciens, poursuivi par la foule, préféra être arrêté et mis à mort plutôt que de traverser un champ de ces modestes papilionacées. La question qui se pose est double : pourquoi cette phobie ? Mais aussi : pourquoi la foule en colère poursuivait-elle d’innocents philosophes ? Platon ne dit rien sur ces événements.

L’influence de Platon sur la pensée mathématique et esthétique est toujours vivante. La géométrisation des éléments constitue une première approche de théorie mathématique de l’ensemble du monde. Enfin, notons que la possibilité de conversion des éléments les uns dans les autres jouera un rôle central dans l’alchimie.

350 av. J.-C.

Aristote fixe pour des siècles la théorie des éléments

Aristote (384 - 322 av. J.-C.), longtemps élève de Platon, s’oppose à lui et encore plus radicalement aux atomistes. Sa physique, basée sur la théorie des quatre éléments, a été professée jusqu’au xviie siècle.

Aristote vu par Raphaël (détail de L'École d’Athènes, 1508-1512, Vatican)

Aristote

Son œuvre considérable vient couronner l’une des époques les plus fécondes de la philosophie et de la réflexion scientifique. Il réfute la théorie des Idées de Platon et préconise l’étude de la nature telle qu’elle s’impose à nous. Les qualités attribuées par Platon aux solides parfaits ne sont pour lui que des propriétés géométriques particulières. Quant à l’harmonie des sphères, il la raille en disant qu’il n’a jamais rien entendu de tel ! Il aborde tous les domaines de la connaissance qu’il marque d’une empreinte définitive. Dans la célèbre représentation de l’École d’Athènes, peinte par Raphaël, tandis que Platon désigne le ciel, Aristote montre la terre.

Dans sa Physique, il s’oppose très fermement aux atomistes pour trois raisons principales :

– le vide, assimilé au non-être ne peut exister ;

– toute quantité est divisible à l’infini (le monde qu’il décrit est continu par opposition à celui des atomistes qui est discontinu) ;

– le hasard ne peut être une cause.

Il faut remarquer que cette opposition entre continu et discontinu, déterminisme et indéterminisme, reste toujours d’actualité dans les grandes discussions scientifiques.

Les quatre éléments et les quatre qualités

Quatre éléments et quatre qualités

Aristote reprend à son compte la théorie des quatre éléments, un cinquième étant l’éther dans lequel baigne l’Univers. Il la modifie profondément en lui ajoutant quatre qualités opposées deux à deux : le froid et le chaud, le sec et l’humide.

Un schéma dynamique

En modifiant les qualités et leurs proportions relatives, il devient possible de passer d’un élément à l’autre. Par exemple, en diminuant le chaud, il est possible de passer du feu à l’air ; en passant du chaud au froid et du sec à l’humide, le feu se transforme en eau, etc. De cette façon, l’unité de la nature est assurée. Cette synthèse qui a le mérite d’être logique et cohérente sera adoptée par ses successeurs, au point d’être considérée comme la référence constante de toute la physique jusqu’à la fin du xvie siècle. En particulier, l’alchimie utilisera la théorie des éléments et des qualités pendant de nombreux siècles.

Aristote, métèque et dandy

Aristote était Macédonien et, à ce titre, considéré comme « métèque » par les Athéniens. Ce statut officiel lui accordait le droit de résider, mais pas de participer à la vie de la cité. Contrairement à l’imagerie qui représente les philosophes anciens barbus et couverts d’un grand manteau rapiécé, Aristote, tel que le décrit Diogène Laërce, était un véritable dandy. Habillé et coiffé avec soin, il « paradait » au milieu de ses disciples, sans modestie, ce que les platoniciens lui reprochaient, eux qui devaient adopter des tenues beaucoup plus modestes.

La théorie des éléments modifiée par Aristote sera adoptée par les alchimistes et l’ensemble des scientifiques jusqu’aux débuts de la science moderne, à la fin de la Renaissance. La réfutation aristotélicienne de l’atomisme pèsera sur l’avenir de la science. Giordano Bruno sera brûlé vif en 1600 pour ses théories en faveur d’un monde infini, peuplé d’atomes, ce qui était contraire à l’enseignement d’Aristote.

Ier siècle apr. J.-C.

Pline l'Ancien publie la première encyclopédie universelle

Histoire naturelle, manuscrit du xiie siècle

Pline l’Ancien (Gaius Plinius Secundus, 23 – 79 apr. J.-C.) écrit l’Histoire naturelle en trente-sept volumes. Cette somme résume l’ensemble des connaissances scientifiques et techniques de son époque.

L’Histoire naturelle est la seule partie de l’œuvre immense de Pline l’Ancien qui nous soit parvenue. L’empereur Néron (37-68) apporta son soutien à cette vaste entreprise de compilation, à laquelle contribuèrent de nombreux collaborateurs et copistes. Pline était un travailleur infatigable auquel on attribue la devise fameuse : Nulla dies sine linea, qui signifie « pas un jour sans une ligne », un euphémisme pour caractériser son acharnement au travail. Il mourut de sa curiosité scientifique et de son devoir filial. En effet, nommé amiral de la flotte de Misène, il fut enseveli le 24  août 79, lors de l’éruption du Vésuve, en s’approchant du rivage de Pompéi, pour observer l’éruption et porter secours à sa famille.

L’ouvrage de Pline décrit aussi bien des connaissances théoriques que pratiques. Découpé en trente-sept volumes, eux-mêmes contenant de nombreux paragraphes et sous-paragraphes, soigneusement numérotés, il aborde tous les aspects connus des animaux, des végétaux et des minéraux. Nous y trouvons la description précise de modes opératoires constituant un véritable corpus expérimental.

Voici quelques exemples se rapportant aux métaux, leurs propriétés et leurs usages :

« Livre 33. Traité des métaux. [Tout ce qui relève de l’or et de l’argent, en particulier toutes les applications possibles, est décrit soigneusement.]

§ XX. Comment dorer le cuivre. […] on tourmente [opération de marteler] le cuivre, on le fait rougir, on l’éteint dans du vinaigre et de l’alun […].

§ XXXVI. […] c’est aussi dans les mines d’argent qu’on trouve le minium [oxyde de plomb], aujourd’hui substance colorante très estimée […].

§ LVII. […] l’azur [un colorant d’origine végétale] est bon si, mis sur un charbon, il s’enflamme. Pour sophistiquer [améliorer] l’azur on fait bouillir de l’essence de violettes sèches et on exprime le suc à travers un linge sur de la craie d’Étrurie. »

L’éruption du Vésuve par Pierre Henri de Valenciennes (1813)

Nous voyons comment ces descriptions peuvent être utilisées en pratique : l’alchimie s’en inspirera pendant des siècles et la chimie classique prendra le relais sans en changer notablement l’esprit.

Pline, le premier œnologue

L’Histoire naturelle constitue une synthèse grandiose de tout le savoir d’une époque. Un tel projet sera remis au goût du jour au xviiie siècle avec l’entreprise de l’Encyclopédie de Diderot et d’Alembert.

L’Histoire naturelle est sans aucun doute le premier guide détaillé traitant de la vigne et des très nombreux vins alors connus. Pline écrit : « Seul Démocrite qui prétendait connaître toutes les sortes de vignes de la Grèce, jugea possible d’en établir le nombre ; tous les autres auteurs les ont estimées innombrables et infinies, ce qui apparaîtra encore plus vrai en considérant les vins. Nous ne les mentionnerons pas toutes, mais seulement les plus remarquables, car il y en a presque autant que de terroirs ; c’est pourquoi il suffira d’indiquer les plus renommées, ou celles qui possèdent quelque propriété étonnante. » [La suite du texte, extrait de l’Histoire naturelle, Gallimard, 2013, Bibliothèque de la Pléiade, p. 649, comporte une vingtaine de pages très détaillées sur ce sujet.]

IIIe siècle apr. J.-C.

Les papyrus de Leyde et de Stockholm : premiers écrits alchimiques

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