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L’École normale de l’an III. Vol. 3, Leçons de physique, de chimie, d’histoire naturelle

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Étienne Guyon

Leçons de chimie de Berthollet

Programme

6 pluviôse/25 janvier

Texte intégral

1L’étude de la physique embrasse tous les phénomènes de la nature ; mais pour que l’intelligence humaine puisse s’approprier toutes les connaissances qu’on a acquises par l’observation, il faut envisager ces phénomènes sous différents points de vue et les séparer en différentes classes : cette distribution établit l’ordre dans les idées, et facilite également la marche de l’élève qui reçoit l’instruction, et du savant qui veut se livrer à des recherches nouvelles.

2Il y a dans la nature des phénomènes qui dépendent des lois générales et communes à tous les corps ; tels sont ceux qui dérivent des lois du mouvement, de la pesanteur, de l’action de la chaleur : ces phénomènes sont l’objet de la physique générale.

  • 1 Au cours du xviiie siècle, en France, le territoire de la physique recouvre un large spectre d’int (...)

3Il y en a d’autres qui paraissent n’appartenir qu’à une certaine partie des corps ou qui ne dépendent que de quelques conditions ; ils sont l’objet de la physique particulière ; tels sont l’électricité, le magnétisme, les propriétés de la lumière et des corps sonores1.

4Enfin, il est une classe nombreuse de phénomènes qui sont dus à l’action intime des molécules des corps.

5Cette action peut dépendre de l’organisation, et les phénomènes qu’elle produit appartiennent à la physique animale ou à la physique végétale ; ou bien elle est indépendante de l’organisation, et les phénomènes qui en proviennent composent le domaine de la chimie.

  • 2 Le territoire de la chimie à la fin du xviie siècle est plus vaste que celui de la physique. Cette (...)

6L’affinité ou l’attraction chimique est le principe de l’action intime des molécules des corps, qu’on est obligé de distinguer de l’action vitale2.

  • 3 En dépit de la distinction établie par l’auteur entre l’attraction chimique à courte distance et l (...)

7Cette attraction ne doit pas être confondue avec l’attraction générale qui agit en raison inverse du carré des distances, et qui est la cause de la pesanteur et des phénomènes célestes qu’on soumet au calcul3.

8Elle s’exerce à des distances insensibles : mais les attractions et répulsions apparentes des corps placés sur un fluide proviennent d’une simple pression mécanique.

9Dans un cours élémentaire de chimie, on doit parcourir successivement et faire sortir de l’expérience les propriétés chimiques des substances qui se trouvent dans la nature, en commençant par celles qui sont les plus simples.

10Pour mettre de l’ordre dans les idées, on classe les substances par les propriétés qui les caractérisent de la manière la plus sensible ; ainsi l’on en fait ordinairement une première division en substances minérales, végétales et animales.

11On ne doit se servir d’une substance pour agir sur celles qu’on examine successivement, qu’après avoir donné, par l’expérience, une connaissance exacte des propriétés par lesquelles elle doit servir d’agent.

12Ainsi les faits se lient les uns aux autres, les idées s’entendent avec les faits, et les théories s’élèvent sur la progression des expériences.

13Les discussions de l’École normale ont un autre objet : on y suppose les connaissances élémentaires : ceux qui la composent, destinés à répandre les lumières sur toute la République, doivent avoir pour but de prendre des notions exactes des théories qui servent de base à tous les développements de l’enseignement, et qui dirigent dans la méthode de conduire l’esprit aux idées générales.

14On présentera un tableau de ces théories qui, toutes fondées elles-mêmes sur l’attraction chimique, forment l’édifice de la science, en faisant ressortir chacune des faits sur lesquels elle est principalement appuyée.

15L’attraction chimique est la cause immédiate des dissolutions, des combinaisons, des compositions : en se compliquant, elle produit souvent des effets qui paraissent opposés, mais qui ne sont que le résultat d’une somme plus grande de forces sur une plus faible.

16Si les molécules des corps n’obéissaient qu’à cette force qui tend à les rapprocher et à les réunir, elles ne formeraient qu’une masse inerte ; mais ces molécules tendent toutes à s’éloigner les unes des autres, par une autre force qui est répandue dans toute la nature, et qui est la chaleur.

17Le principe de la chaleur, ou le calorique, peut être considéré comme un fluide très élastique qui pénètre entre les molécules de tous les corps, et qui tend à les écarter. Sous ce point de vue, ses propriétés appartiennent à la physique générale.

18Mais il entre lui-même dans la combinaison des corps qui agissent sur lui par une attraction chimique et qui, par elles, dominent son élasticité. Sous ce point de vue, il appartient à la chimie.

  • 4 Au xviiie siècle, la chaleur est un objet commun à la physique et à la chimie. Rappelons que Lavoi (...)

19De cette propriété, dérive la distinction de la chaleur sensible et de la chaleur latente, sur elle, repose la théorie de la chaleur spécifique et du calorique combiné, théorie qui exige une connaissance exacte du calorimètre4.

20L’attraction chimique luttant contre la force expansive du calorique est donc le principe de tous les phénomènes chimiques : pour en suivre l’application, considérons les propriétés des corps les plus simples, et surtout de ceux qui, entrant dans la composition des autres substances, influent sur leurs propriétés.

  • 5 Berthollet reprend ici la conception courante au xviiie siècle – et consacrée par Lavoisier – des (...)

21Les corps simples, pour nous, ne doivent point être regardés comme des éléments de la matière, mais seulement comme le dernier résultat auquel nous soyons parvenus par l’expérience5.

22Avant de parcourir les principales théories de la chimie, il convient de s’arrêter sur la nécessité d’une méthode sévère dans les expériences, afin que les conséquences ne dépassent jamais les résultats réels : toutefois, on ne doit pas bannir les conjectures, des explications chimiques ; elles sont souvent l’aperçu du génie qui devance la vérité ; mais on ne doit leur donner que le degré de probabilité qui leur appartient.

23L’oxygène prend, par sa combinaison avec le calorique, l’état de gaz. C’est cette espèce de combinaison avec le calorique qui fait passer les solides à l’état fluide, et les fluides à l’état de vapeurs ou de gaz ; cependant, cet effet ne doit pas être regardé comme constant. À ces phénomènes, tient la théorie des fluides élastiques et de la vaporisation.

24L’oxygène forme l’eau par sa combinaison avec l’hydrogène : on discutera la théorie de composition de l’eau et celle de l’évaporation.

25L’oxygène avec l’azote forme l’acide nitrique : on développera la théorie de cette formation et des phénomènes de la poudre à canon.

26Le gaz oxygène et le gaz azote, simplement mêlés ou faiblement combinés, composent l’atmosphère : on détermine leurs proportions en séparant l’un des gaz de l’autre, par l’action de quelque affinité ; c’est de là qu’ont pris naissance les eudiomètres, dont il convient de faire connaître les différences. L’atmosphère doit une grande partie des phénomènes qu’elle présente à la dissolution de l’eau ; de là naît l’hygrométrie.

27L’oxygène, avec le carbone, produit l’acide carbonique : de cette formation et de celle de l’eau sortent la théorie de la combustion, celle de la respiration, et l’explication des propriétés de l’acide carbonique.

28L’hydrogène et l’azote forment l’ammoniaque, dont on développera les propriétés.

29L’hydrogène et le carbone produisent le gaz hydrogène carboné ; de là, la théorie des gaz hydrogènes composés.

30La combinaison du soufre avec l’oxygène forme, selon les proportions, l’acide sulfureux et l’acide sulfurique ; elle nous conduit à la théorie de la formation des acides.

31L’oxygène et l’acide muriatique donnent l’acide muriatique oxygéné, dont on discutera les propriétés, en insistant sur leur application aux arts.

32Les alcalis fixes qu’on doit considérer, jusqu’à présent, comme des corps simples, viendront fixer notre attention : nous jetterons un coup d’œil sur leur combinaison avec les acides, sur l’action qu’ils exercent sur les substances animales, sur leur combinaison avec les huiles, qui donne naissance à l’art du savonnier ; enfin, sur les procédés les plus propres à extraire la soude, du sel marin, et à nous affranchir par là de la dépendance où nous sommes du commerce étranger.

33Les terres simples suivront les alcalis : ici se présentent des discussions sur les propriétés qui caractérisent les terres, relativement aux différentes productions de l’agriculture, et sur les principes qui servent de base à l’art de la fabrication de la chaux, des poteries et des verreries.

34Les métaux sont encore des corps simples qui forment un grand nombre de combinaisons, soit avec les autres corps simples, soit avec ceux qui sont composés.

35Leur combinaison avec l’oxygène, ou leur combustion, est la source d’une classe nombreuse de phénomènes.

36Les métaux oxydés se combinent avec les acides et donnent naissance à plusieurs sels ; ils sont précipités par les alcalis et par les terres alcalines : les métaux se précipitent mutuellement de leurs dissolutions, en raison de l’affinité qu’ils ont avec l’oxygène : de ces propriétés naît la théorie des dissolutions et des précipitations métalliques.

  • 6 Basile Valentin décrivit le premier la préparation de l’or fulminant à partir d’une dissolution du (...)

37Les métaux oxydés se conduisent dans les dissolutions dont on vient de parler, à peu près comme les alcalis et les terres alcalines ; mais ils ont aussi la propriété de se combiner avec les alcalis, et alors ils paraissent remplir les fonctions d’acides : ces considérations conduisent à la théorie de l’argent fulminant, de l’or fulminant6.

  • 7 Pour Berthollet. les concepts de « dissolution » et de « combinaison » sont coextensifs. Ils renvo (...)
  • 8 Cette mention de la purification du métal des cloches parmi les applications de la théorie des aff (...)

38Les métaux s’unissent entre eux, non par un simple mélange, mais par une véritable combinaison ; de là viennent les amalgames et les alliages7. En opposant d’autres affinités à celles par lesquelles les métaux sont unis, on opère leur séparation ; de là naissent l’art des essais, l’art de départir, la purification du métal des cloches8.

39Les métaux combinés avec l’oxygène s’unissent encore avec d’autres corps simples, par exemple, avec le soufre ; et c’est dans cet état qu’ils se trouvent souvent dans la nature : de cette considération naît la théorie de l’art de traiter les mines.

40Le fer, le plus utile des métaux, se combine avec le carbone et il acquiert par là des propriétés nouvelles ; il forme l’acier : on déduit de cette propriété, et des proportions d’oxygène qui peuvent rester après la réduction de la mine, la théorie de la fonte, de l’affinage du fer, de l’acier de fonte et de l’acier de cémentation.

41Après avoir considéré les propriétés des corps simples et de leurs combinaisons, on doit procéder à la recherche de celles des combinaisons qui sont faites par la nature, et qui sont la plupart, des produits de l’action vitale, soit dans les végétaux, soit dans les animaux.

  • 9 Les constituants sucrés du vin et des jus de fruits murs se transforment au cours d’une première f (...)

42On établira les caractères qui distinguent les substances végétales, des substances animales ; on cherchera dans les principes qui les composent, la cause des phénomènes de la putréfaction et des fermentations acides et spiritueuses9.

43On fera voir qu’une des causes principales des changements qu’éprouvent naturellement ces substances est la combustion occulte, ou la combinaison lente de l’oxygène avec l’hydrogène et avec le carbone.

44On déduira de là, 1) la théorie de la chaleur animale, 2) la théorie de la digestion.

45Les parties colorantes qui animent le tableau de la nature, et dont on fait usage pour teindre les étoffes, s’altèrent et se dégradent par la combustion occulte qu’elles éprouvent : l’art des teintures consiste à les fixer sur les étoffes par un intermédiaire qui s’oppose à cet effet, en modifiant quelquefois leurs nuances par la couleur qui lui est propre.

46L’action de l’acide nitrique est analogue à celle de la combustion occulte ; elle servira à expliquer la formation de l’acide oxalique et les transmutations des acides végétaux.

  • 10 Les fermentations sont un exemple de « combustions occultes » ou lentes qui se déroulent en l’abse (...)

47L’acide phosphorique, qui est l’un des derniers résultats de la combustion occulte qui s’opère dans les animaux, devient la cause de plusieurs maladies10.

48Quelques oxydes métalliques produisent des effets caustiques sur les substances animales, par le moyen de l’oxygène qui s’en sépare.

49Le principe astringent, dont on peut distinguer plusieurs variétés, est l’un des résultats de la combustion occulte qui s’opère dans la végétation, et dans laquelle l’hydrogène étant diminué, le carbone devient prédominant ; de là les effets de ce principe dans les teintures et dans le tannage.

50L’eau, en circulant dans les corps répandus sur la surface de la Terre, non seulement se décompose, se reproduit, distribue la vie ou la destruction, mais elle extrait, dissout, entraîne différentes parties qui modifient ses propriétés ; de là naissent l’art d’essayer et celui de séparer les eaux minérales.

51Ces considérations générales doivent servir à établir une théorie qui se fonde sur des faits précis, des expériences décisives, et dont les résultats ont d’autant plus de certitude, qu’ils dérivent plus immédiatement.

52Mais cette théorie, pour être liée dans toutes ses parties, exige une connaissance approfondie d’un très grand nombre de faits et d’expériences ; par conséquent une application assez longue et une intelligence assez exercée.

53C’est un avantage dans les sciences naturelles de pouvoir ramener plusieurs faits à un fait plus général, sans s’élever cependant à cet ordre d’idées qui suppose un grand nombre de connaissances.

  • 11 Dans les paragraphes précédents, Berthollet a exposé son programme en fonction de sa propre concep (...)

54Il importe d’extraire de la chimie des notions partielles, qui peuvent être le plus utiles à la société, pour les répandre dans les écoles primaires, et pour donner aux élèves qui en sortiront, une idée saine des phénomènes de la nature qui doivent plus particulièrement les intéresser, et une connaissance exacte des arts qui sont de première nécessité11.

55Ainsi, on pourra donner des notions sur la nature de l’atmosphère, sur la force dissolvante de l’air, sur la formation des météores qui en dépendent.

56Il conviendra d’apprendre à distinguer les acides des alcalis, de montrer l’usage des premiers pour reconnaître les terres, et celui des derniers pour la fabrication domiciliaire du savon et du salpêtre.

57La connaissance des propriétés caractéristiques des terres peut être très avantageuse à l’agriculture et servir à diriger le marnage, l’emploi du sable, le choix des engrais.

58Avec des argiles répandues dans un grand nombre de départements, nous n’avons que de mauvaises poteries et des briques défectueuses : il est facile d’apprendre à choisir les argiles, et à leur donner les préparations convenables pour en obtenir de bons résultats.

59Un produit des plus avantageux de l’économie rurale, c’est le fromage ; et ses bonnes qualités sont dues, en grande partie, à quelques circonstances qu’il est facile de déterminer.

60La bonté des vins dépend en partie de la fermentation qu’il convient de diriger selon les qualités accidentelles du raisin : il est important de faire connaître les circonstances par lesquelles on modifie la fermentation et ses produits.

61L’art de diriger la chaleur dans la distillation et dans les usages domestiques peut être soumis à des principes simples et faciles à saisir ; et de leur connaissance peut résulter une grande économie de combustible et un emploi avantageux de la chaleur, dans toute l’étendue de la République.

Notes

1 Au cours du xviiie siècle, en France, le territoire de la physique recouvre un large spectre d’intérêts. Vers la fin du siècle, ce terme pouvait désigner aussi bien l’étude de tout l’univers matériel sensible (y compris les objets de l’histoire naturelle et de la chimie) que la connaissance des lois auxquelles les corps sont soumis. Dans ce cas, la physique recouvre plusieurs disciplines : statique, hydrostatique, optique, électricité, magnétisme. A l’intérieur de ce domaine se situe la « physique expérimentale » dont les chimistes ont adopté les méthodes quantitatives. Cf. B. Bensaude-Vincent, Lavoisier. Mémoires d’une Révolution, Paris, Flammarion, 1993, p. 69-71 ; M. Crosland, In the Shadow of Lavoisier : The Annales de Chimie and the Establishement of a New Science, Oxford, BSHS, The Alden Press, 1994, p. 22-29.

2 Le territoire de la chimie à la fin du xviie siècle est plus vaste que celui de la physique. Cette discipline couvre tout le règne minéral avec quelques connaissances élémentaires des règnes végétal et animal. Son insertion la plus directe dans la philosophie naturelle passe par les dissertations sur les affinités chimiques.

3 En dépit de la distinction établie par l’auteur entre l’attraction chimique à courte distance et l’attraction générale à grande distance, des efforts persistants sont tentés pour traiter la première comme une modification de la seconde. Berthollet lui-même en viendra à considérer comme probable que les deux attractions sont la manifestation d’une même propriété. Voir C.-L. Berthollet. Essai de statique chimique, 1801, 2e éd. Paris, Firmin Didot, 1803, vol. 1.

4 Au xviiie siècle, la chaleur est un objet commun à la physique et à la chimie. Rappelons que Lavoisier classe la chaleur parmi les susbtances simples en 1789. Plutôt que de s’attacher aux hypothèses sur la nature de la chaleur (fluide matériel ou mouvement corpusculaire), les études traitent la chaleur comme un agent externe de changement chimique ou comme un constituant des corps, (voir l’annexe « Calorique », p. 586).

5 Berthollet reprend ici la conception courante au xviiie siècle – et consacrée par Lavoisier – des corps simples comme derniers termes de l’analyse expérimentale des substances.

6 Basile Valentin décrivit le premier la préparation de l’or fulminant à partir d’une dissolution du métal dans l’eau régale après addition d’ammoniaque. En 1788, Berthollet lui-même obtint l’argent fulminant en ajoutant de l’ammoniaque au nitrate d’argent ; voir « Procédé pour rendre la chaux d’argent fulminante », Observations sur la physique, 32, 1788, p. 474-475.

7 Pour Berthollet. les concepts de « dissolution » et de « combinaison » sont coextensifs. Ils renvoient à un même phénomène attribué aux effets d’une même cause, l’affinité chimique. Il n’y a qu’une différence de degré d’affinité entre ce que Berthollet nomme des « combinaisons débiles » (dissolutions, alliages ou vitrifications) et les « combinaisons chimiques » ; voir C.-L. Berthollet, Essai de statique chimique, op. cit., p 337-339.

8 Cette mention de la purification du métal des cloches parmi les applications de la théorie des affinités rappelle l’utilité de la chimie dans le contexte social révolutionnaire. Durant les guerres révolutionnaires, on fondit des centaines de cloches d’église pour pourvoir à la fabrication des canons. Cependant l’alliage métallique des cloches contenait en plus du cuivre, de l’étain et d’autres métaux en proportions moindres qui ont fait des canons une arme fragile. Fourcroy mit au point un procédé de séparation des métaux qui permit d’utiliser le cuivre avec plus de profit. Voir A. Fourcroy, « Recherches sur le métal des cloches et sur les moyens d’en séparer le cuivre », Annales de chimie, 9, 1791, p. 305-352 : W. A. Smeaton, Fourcroy. Chemist and Revolutionary, 1755-1809, Cambridge, Heffer & Sons, 1962, p. 120-121.

9 Les constituants sucrés du vin et des jus de fruits murs se transforment au cours d’une première fermentation spiritueuse ou vineuse en « esprit de vin » (éthanol) et en acide carbonique (dioxyde de carbone). La fermentation acide ou acéteuse constitue la deuxième étape qui produit l’acide acétique (ou vinaigre).

10 Les fermentations sont un exemple de « combustions occultes » ou lentes qui se déroulent en l’absence d’air et sans produire de flamme ni de lumière. Lavoisier, par exemple, décrit la respiration comme une combustion lente, identique à celle du charbon, dans laquelle l’air pur se transforme en « air fixe », libérant une chaleur suffisante pour maintenir la température des animaux à sang chaud. (voir F. L. Holmes, Lavoisier and the Chemistry of Life. An Exploration of Scientific Creativity, Madison, The University of Wisconsin Press, 1985, p. 121. p. 169-170). La formation de l’acide oxalique par l’action de l’acide nitrique sur le sucre fournit non seulement un exemple de combustion occulte mais aussi un atout en faveur de la théorie lavoisienne de l’acidité. L’acide nitrique agissait, en effet, comme un agent oxydant provoquant la formation d’un acide de la même manière que les acides sulfurique, nitrique ou phosphorique contenaient le principe oxygène (ibid, p. 138-141). Berthollet attribue également à une combustion lente la formation des tanins dans certains végétaux. Les tanins sont des substances astringentes utilisées dans le traitement du cuir (tannage) et en teinture pour fixer les colorants sur les fibres des textiles.

11 Dans les paragraphes précédents, Berthollet a exposé son programme en fonction de sa propre conception – très théoricienne – de la discipline. Dans les paragraphes suivants, on découvre un Berthollet expert en chimie appliquée, intéressé par les pratiques chimiques utiles à la société. Son objectif est que les futurs citoyens comprennent que la chimie fait partie de la vie quotidienne par des aspects aussi divers que la météorologie, l’hygiène, l’alimentation et la construction des maisons, sans oublier les efforts de guerre pour la fabrication du salpêtre et les économies de combustible.

© Éditions Rue d’Ulm, 2006

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