Pharmacologue français, né à Biarritz, Fourneau poursuit à Bayonne de brillantes études et entre à la faculté de pharmacie de Paris, dont il est diplômé en 1898 ; il passe trois ans en Allemagne, auprès des meilleurs chimistes germaniques, et, à son retour en France (1901), constatant le peu d'intérêt des Français pour la chimie appliquée à la médecine, persuade les frères Poulenc d'ouvrir un laboratoire de chimie pharmaceutique : celui-ci est créé à Ivry-sur-Seine, et la première découverte de son directeur est la stovaïne (1904), anesthésique local de faible toxicité (désigné d'après la traduction anglaise de « fourneau »). Le retentissement de cette découverte est considérable et le docteur Roux, directeur de l'Institut Pasteur, comprenant l'essor de la chimiothérapie, demande en 1911 à Fourneau de diriger le laboratoire nouvellement consacré à cette discipline à l'Institut Pasteur de Paris. Ce laboratoire va devenir le foyer mondial de la chimiothérapie et, tandis que les découvertes s'y succèdent, il accueille les étudiants français et étrangers venus chercher l'enseignement de Fourneau et de ses élèves. Fourneau met au point les corps chimiques attaquant les germes des grandes maladies tropicales ; il découvre en 1921, avec Levaditi, les Tréfouël et Navarro-Martin, le 190 F (F = Fourneau), ou stovarsol, actif par voie buccale ou sous-cutanée contre le tréponème de la syphilis, le pian, certaines spirochétoses ; le 290 F, ou orsanine, agit sur la maladie du sommeil comme le 309 F, ou moranyl, sur certaines trypanosomiases ; la rhodoquine est un antipaludique de synthèse ; avec les Tréfouël et Nitti, il découvre l'action des sulfones contre la lèpre ; avec Bovet il montre les propriétés des premiers antihistaminiques de synthèse, des sympatholytiques, de certains curarisants. Avec les Tréfouël, Bovet et Nitti, Fourneau, reprenant en 1936 les travaux de Domagk (1935) sur l'action de la sulfamido-chrysoïdine dans certaines affections bactériennes, permet l'essor de la sulfamidothérapie. Près de deux cents articles qu'il a publiés seul ou en collaboration avec ces élèves, parus principalement dans les Annales de l'Institut Pasteur ou les Comptes rendus de l'Académie des sciences, reflètent la part fondamentale de Fourneau dans l'évolution de la chimiothérapie antibactérienne ; il est également l'auteur d'un important chapitre du Traité de chimie organique de Grignard (1941). Le laboratoire de chimie thérapeutique de Fourneau a pu établir et codifier les relations entre la constitution chimique et l'activité thérapeutique d'un grand nombre de molécules, et ces données ont remplacé, dans le monde entier, les tâtonnements empiriques. Extrêmement érudit, doué plus qu'en amateur pour la littérature, la musique, la peinture, les langues étrangères, Fourneau, membre de nombreuses sociétés françaises et étrangères et président de la Société de pharmacie, fut, jusqu'à sa retraite en 1946, l'âme de cet important département de l'Institut Pasteur.
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