PNEUMATIQUE CHIMIE

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L'expression chimie pneumatique, loin de désigner une doctrine établie, se rapporte à une période de l'histoire de la chimie, qui prend place dans la seconde moitié du xviiie siècle. L'étude de divers gaz obligea de renoncer à l'ancienne doctrine, héritée de la scolastique, des quatre éléments, terre, air, eau et feu. La chimie pneumatique – celle des transformations chimiques au sein de mélanges de gaz – s'inscrit dans le contexte de la chimie prélavoisienne du xviiie siècle. Les trois aspects majeurs sont une pratique, focalisée sur des substances et des opérations visant à les transformer, et à obtenir de nouvelles substances ; une métathéorie – on parle alors de philosophie chimique – se préoccupant de la situation des principes chimiques dans un univers stable et ordonné ; et une théorie des transformations chimiques de la matière, visant à rendre compte des changements observés, ou à les prévoir. Ladite chimie pneumatique établit ainsi les prémisses de la révolution chimique à laquelle le nom de Lavoisier est lié.

Cette activité fut une expérimentation, assortie de discussions passionnées quant à l'interprétation des résultats. Elle mobilisa les chercheurs de différents pays, en Angleterre et en France en premier lieu. Une bonne part de cette activité intense se déroule à Paris. Dans les salons, les intellectuels assistent à des démonstrations, et discutent de l'interprétation à leur donner. Le Jardin du Roi (le futur Jardin des Plantes et Muséum national d'histoire naturelle) est le siège de la théorie chimique. L'Académie royale des sciences contribue à la discussion philosophique des résultats et à leur interprétation.

Durant la première moitié du xviiie siècle, l'air était encore tenu comme l'un des quatre éléments. Une invention technique, comme cela est fréquemment observé dans l'histoire des sciences, permit d'aller de l'avant et aboutit à une reconceptualisation. Le Britannique Stephen Hales (1677-1761) mit au point en 1727 un appareillage, d'utilisation on ne peut plus simple, permettant de recueillir des gaz au-dessus d'une cuve remplie d'eau. Cet outil permit d'identifier de nombreux gaz, tels que le gaz carbonique (Joseph Black, 1755), l'hydrogène (Henry Cavendish, 1766), l'azote (Daniel Rutherford, 1772), l'oxyde nitreux (Joseph Priestley, 1772) et, surtout, l'oxygène (Scheele, Priestley et Lavoisier, dans les années 1770).

Ces gaz différaient les uns des autres. On attribua ces différences à la diversité de leurs compositions et non, comme on le conceptualisait auparavant, à la présence d'impuretés dans l'élément air. Cela acheva de miner la doctrine aristotélicienne des quatre éléments. Une nouvelle doctrine vit alors le jour. Elle ne vint pas se substituer à l'ancienne, il faudra attendre pour cela que Lavoisier, dans son Traité élémentaire de chimie (1789), reconceptualise les éléments, et en fournisse une liste. La nouvelle doctrine a trait aux états de la matière. Le chauffage d'un échantillon matériel quelconque fait passer celui-ci de l'état solide à l'état liquide, puis de celui-ci à l'état gazeux. Le gaz n'est plus conçu comme un air altéré, mais comme un état de la matière.

Cette nouvelle chimie pneumatique s'intéressa, en particulier, au comportement des métaux chauffés à l'air. Priestley, Lavoisier et d'autres montrèrent que le soufre, le phosphore et les métaux augmentaient de poids à la suite de leur chauffage dans l'air. Guyton de Morveau (1737-1816) l'affirma dans un essai sur le phlogistique, dont Lavoisier prit connaissance en 1772. À cette lecture, Lavoisier eut l'intuition immédiate de ce qu'une fixation d'un gaz se faisait durant la calcination d'un métal, et qu'elle était à l'origine du gain de masse observé. Dès le mois d'octobre 1772, Lavoisier put le vérifier expérimentalement, ce qui confirmait les découvertes précitées de Black, Cavendish et surtout Priestley. Mais il restait encore à Lavoisier à distinguer entre le gaz carbonique, ou air fixe, et l'air.

Tous ces chercheurs avaient établi aussi que lorsque les chaux résultant de la calcination d'un métal (les oxydes comme on les nomma ensuite) sont à leur tour brûlées, l'appareillage de Hales prouve l'existence de différents gaz.

Ces savants s'intéressèrent en particulier au comportement du mercure. La chaux (l'oxyde rouge) provenant de la calcination du mercure à l'air fournit en effet un gaz qui diffère de l'air. Il subsiste un autre gaz, incapable de soutenir la respiration ou une combustion. Il sembla donc avéré qu'une partie de l'air, celle qui est responsable des combustions, a été ôtée de l'atmosphère, et qu'elle s'est combinée avec le mercure pour former cette chaux (ou oxyde) de mercure. Cela conduisit Lavoisier en 1778 à postuler que l'air, loin d'être un élément, était un mélange comportant d'une part des parties propres à la respiration et à la combustion (oxygène), et d'autre part des parties impropres à la combustion et à la respiration (azote).

Un développement ultérieur de la chimie pneumatique fut la combustion de l'hydrogène dans l'air. Elle fournit un liquide pur, dont l'analyse montra qu'il était constitué d'eau. Lavoisier fut le premier, en 1783, à interpréter ce résultat, auquel contribuèrent aussi Cavendish et Priestley, comme démontrant que l'eau était un corps composé et non un corps élémentaire – ce qui marqua la fin de la croyance, remontant aux philosophes présocratiques, en l'eau comme étant l'un des quatre éléments.

La chimie pneumatique marqua ainsi une période prérévolutionnaire dans l'histoire de la chimie. Elle mit fin à la doctrine des quatre éléments, héritée d'Aristote. Elle ouvrit la voie à une nouvelle formulation des éléments, parmi lesquels l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, le phosphore, etc., bref à une liste ouverte et non plus fermée des éléments de la nature.

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  • : professeur honoraire à l'École polytechnique et à l'université de Liège (Belgique)

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Dans le chapitre «  L'étude des gaz ou la chimie pneumatique »  : […] Une théorie empirique des gaz supposait d'abord la mise en œuvre d'une technique d'isolement. Au début du xviii e  siècle, Hales inventa le dispositif simple mais indispensable de la cuve à eau, qui sera perfectionné quand on remplacera l'eau par le mercure. Hales recueillit ainsi de nombreux gaz dégagés par chauffage de diverses substances ; mais il s'en tenait à mesurer les volumes libérées ; […] Lire la suite

Pour citer l’article

Pierre LASZLO, « PNEUMATIQUE CHIMIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/chimie-pneumatique/