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Le problème des métaux dans la science antique

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Robert Halleux

Deuxième partie. Les métaux dans les théories physico chimiques des anciens

Conclusions

Texte intégral

  • 1 M. BERTHELOT, Origines, p. 239; Introduction, pp. 54-55; L. LAURAND, Les sciences dans l’Antiquité (...)

1On affirme souvent que les anciens n’avaient pas une idée claire du métal1. Ce jugement, prudent et vague, ne signifie à peu près rien. Tout d’abord, il se réfère à une notion dont nous avons, dès le début du présent ouvrage, souligné les vicissitudes. En outre, s’agit-il des métaux comme famille, de leur nature commune, ou de leur structure ? Il convient de nuancer la conclusion et d’examiner séparément les divers aspects de la question.

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2L’Antiquité a connu, à l’état métallique, l’or, l’argent, le cuivre, le fer, l’étain, le plomb et le mercure. Ces corps ont-ils été considérés comme une famille, un groupe distinct doué de propriétés particulières ?

  • 2 Il y a également six métaux chez les chimistes indiens, par exemple dans le Rasaratnasamucchaya, X (...)

3Sur le plan de la dénomination, remarquons tout d’abord que l’or, l’argent, le cuivre (et le bronze), le fer, l’étain et le plomb sont souvent cités ensemble. Dans l’évolution sémantique qui a conduit μέταλλον du sens de « mine » à celui de « produit extrait », ce sont eux, surtout, qui sont concernés. Majoritaires dans la production minière, ils ont eu, dans la terminologie, la même prépondérance que dans la nature. Toutefois, cette dénomination, qui se réfère au seul mode de production, commun avec d’autres corps, est assez peu adéquate, et le sens premier de « mine », encore perçu, a empêché d’en restreindre le sens aux six corps susnommés. Il y a en tout cas une tendance à grouper ces six métaux2.

  • 3 R.P. MULTHAUF, The origins of Chemistry, London, 1966, pp. 36-37, remarque bien que les théories a (...)
  • 4 BERTHELOT, Introduction, pp. 54-55.
  • 5 Par un procédé complexe, combinant chloruration de l’argent présent dans l’or natif, alliage avec (...)
  • 6 M. STEPHANIDES, L’essai des substances chez les Anciens, I, Notions générales, dans Archeion, 11 ( (...)
  • 7 L’alliage se dit en grec ϰρᾶμα, ϰρᾶσις, μεῖγμα, μῖξις, ἄρτυσις, χυμεία, χύμα, ἐπιπλοϰή ; le métal (...)

4A la fin de l’Antiquité, sous l’influence de considérations étrangères à la science et à la technologie3, le nombre des metalla se fige à sept. Mais le septième est, soit l’électrum, qui est un alliage, soit le verre, qui n’est pas un corps métallique. Le mercure, qui pour nous est un métal, ne le devient que dans la littérature alchimique. Au terme de l’évolution, le groupe comprend donc encore des alliages (l’électrum, le bronze, éventuellement le laiton) et un corps non métallique, le verre. Certains historiens des sciences ont affirmé que les Grecs ne percevaient pas la différence entre métal et alliage4, ce qui est tout à fait impossible : les anciens composaient des alliages intentionnels, décomposaient l’électrum natif en or et en argent5. Négociants avisés, ils étaient passés maîtres dans l’essai des substances6. Il suffit de voir, dans le vocabulaire, le nombre de noms de l’alliage, du métal pur ou adultéré7. En fait, si les Grecs sont restés fidèles à une dénomination aussi vague que χαλϰός, s’ils ont repris dans un même groupe métaux, alliages et verre, c’est que l’important pour eux n’est pas la nature de ces corps. Il nous paraît que l’unité, quand elle fut sentie dans la langue, n’était pas au niveau de la nature des corps, mais de la technologie.

5Il en va tout autrement pour des expressions particulières, néologiques, adoptées surtout par l’école péripatéticienne pour désigner conventionnellement les six métaux, à l’exception du mercure. Mais il reste à voir sur quoi se fondait cette convention : observation scientifique de propriétés communes, communauté technologique ou simplement commodité de l’exposé ?

6Si nous examinons les anciennes théories de la matière, nous remarquons que très souvent, elles ne sont pas parvenues à donner aux métaux une place à part dans la nature c’est-à-dire à leur reconnaître des propriétés particulières qui en feraient une famille et à rendre compte scientifiquement de leur nature propre. Les propriétés qui leur sont reconnues, sont toutes d’ordre technique.

7Diogène d’Apollonie, le premier, leur a reconnu comme propriété commune la malléabilité, que les métaux partagent avec bien des substances organiques. Devant les apories que soulevait ce propos, il ne paraît pas être allé plus loin.

8Dans la suite, la doctrine des quatre éléments a privilégié la fusibilité, propriété qui n’appartenait alors aux métaux ni en commun, ni en propre : elle est commune à certains métaux et à beaucoup d’autres corps (verre, lave, corps cireux ou résineux), mais le fer n’était généralement pas fusible. Engagée sur cette fausse piste, la science naturelle ne pouvait que scinder le groupe de nos modernes métaux en trois sections : les fusibles, le fer, le mercure.

9Ainsi, Platon a reconnu de façon théorique l’autonomie de l’or (avec son « nœud » l’adamas), du cuivre et du plomb, probablement aussi des autres fusibles, en y reconnaissant un « isotope » de l’eau élémentaire. Mais il ne semble pas avoir trouvé — si tant est qu’il ait cherché — des propriétés objectives isolant dans la nature ne fût-ce que ce groupe restreint.

10Aristote a vu dans six métaux un groupe cohérent de corps, qu’il a appelés τὰ μεταλλευόμενα. Au niveau théorique, il leur a conféré une autonomie en les présentant comme le résultat de la congélation de mélanges gazeux à proportions variables. Sur le plan de l’observation, il leur a reconnu tout d’abord une certaine disposition particulière dans la terre, ce qui est la principale portée de Météorologiques, III, 6. D’autre part, il a réintroduit, à côté de la fusibilité, la malléabilité considérée comme une propriété minimale.

11Après Aristote, des spéculations hardies dont il nous reste peu, vont jusqu’à un point qui ne sera plus atteint dans l’Antiquité : Théophraste fait de la malléabilité une propriété indépendante, mais bute, comme ses prédécesseurs, sur l’obstacle que d’autres corps sont fusibles, et que le fer ne l’est pas. L’énigmatique abréviateur du Timée de Locres, qui semble avoir connu la possibilité de couler le fer, reconnaît aux six corps les propriétés communes de fusibilité associée à une certaine élasticité, ce qui est tout à fait remarquable et rend plus vraisemblable la justification théorique par les « isotopes ».

12Il est à noter que la science antique n’a pas joint au couple fusibilité-malléabilité les résultats qu’elle aurait dû tirer d’observations très importantes : la conductibilité thermique, la conductibilité électrique, l’éclat métallique. Ces observations, si elles avaient été mises à profit, auraient rapidement conduit à l’idée d’une famille.

  • 8 Voir R.P. MULTHAUF, What is a metal ?, dans The Sorby Centennial Symposium on the History of Metal (...)

13Si la science antique n’est arrivée que très rarement à faire des substances métalliques un groupe cohérent fondé sur des propriétés spécifiques, cela tient tout d’abord aux quatre éléments. En effet, cette théorie nivelle la spécificité des substances. Loin de reconnaître l’existence de corps simples, elle voit partout des mixtes de terre et d’eau, regroupe les corps organiques ou inorganiques selon leurs proportions élémentaires et, en pratique, selon le sec et l’humide, le chaud et le froid, le dur et le mou, le fusible et le non fusible. Les efforts qu’entreprirent, à l’intérieur de cette théorie, Platon et Aristote pour reconnaître une nature commune aux métaux, étaient dès le départ condamnés à l’échec. En outre, l’introduction de l’élément terreux a permis de sauver une vieille hiérarchisation de ces substances, ou l’or occupait la première place. Il est revenu à l’alchimie d’approfondir leur nature. Mais les alchimistes ont gardé l’idée d’une échelle des métaux, du plus vil au plus noble, et leur nature ne sera claire qu’avec la notion moderne de corps simple8.

14Mais alors, sur quoi repose cette communauté, souvent implicite, parfois aussi nettement exprimée, qui apparaît dans la langue ?

  • 9 Pour une autre classification des matériaux, convenant à une technologie plus primitive, voir H.S. (...)
  • 10 A. LEROI-GOURHAN, L’homme et la matière, Paris, 1943, p. 165.

15Il nous paraît que cette unité des métaux, quand elle a été sentie, l’a été sur le plan technique. L’or, l’argent, le cuivre, le bronze, le fer, le plomb, l’étain, l’électrum et le verre mettent en œuvre des techniques voisines d’extraction et de traitement. Ils constituent donc ce que les praticiens de l’anthropologie culturelle appellent un bloc technologique9. Cette notion n’a rien à voir avec la nature des corps et dépend de la seule aptitude à tel ou tel traitement. Comme le note André Leroi-Gourhan10, « deux matériaux empruntés à des corps différents, mais possédant les mêmes propriétés générales physiques, auront inévitablement la même manufacture ».

16Sur cette base, les métaux constituent avec le verre le groupe des solides semi-plastiques, qu’il faut distinguer des solides stables (dont l’état ne varie pas au cours du traitement), des solides fibreux (solides stables de structure fibreuse), des solides plastiques (malléables à l’état de traitement, mais acquérant la dureté par dessication ou cuisson), des solides souples (dont la flexibilité est permanente) et des fluides (masses mobiles qu’il faut emprisonner pour les maintenir en place).

  • 11 A. LEROI-GOURHAN, op. cit., pp. 18 et 198.

17Les solides semi-plastiques sont ceux auxquels on peut appliquer un traitement de déformation. Ils peuvent être segmentés comme les solides stables, mais leur caractère essentiel est d’acquérir à chaud une certaine plasticité. Les métaux gardent à froid une plasticité suffisante pour permettre certaines actions limitées. Le verre refroidi, au contraire, se comporte comme un solide stable11.

  • 12 POLLUX, III, 87.
  • 13 THÉOPHRASTE, De lap., 49; STRABON, XVI, 2, 25, p. 758. Cfr. BLÜMNER, TT, IV, p. 387.
  • 14 Le verrier s’appelle en grec ὑαλεψός, δελεψής. Ce mot possède un adjectif dérivé ὑαλοψιϰός. Cfr. B (...)
  • 15 Le nom de χυτὴ λίθος est donné au verre par ÉPINICOS chez ATHÉNÉE, X, 432 C.
  • 16 D. WYCKOFF, Albertus Magnus. Book of Minerals, Oxford, 1967, pp. 161 et 284.
  • 17 G. AGRICOLA, De natura fossilium, Basel, 1546, pp. 186; 330; 335-336.

18A la lumière de ce concept, on comprend que le bronze et l’électrum ne soient pas exclus du groupe, puisqu’ils possèdent les mêmes propriétés techniques et subissent les mêmes traitements que les métaux purs. On comprend aussi que le verre soit classé par Pollux parmi les produits de la métallurgie12. En effet, le verre, comme les métaux, est « extrait » à partir d’un sable qui, pour les anciens, est son minerai, le ὑαλῖτις ἄμμος dénommé sur le modèle de χρυσῖτις et ἀργυρῖτις13. Comme les métaux, le verre est cuit dans un four14 et se solidifie après fusion15. Rien d’étonnant donc que de nos jours encore les verriers appellent « métal » leur pâte en fusion16. Les seules propriétés sur lesquelles la science antique a tenté de fonder son concept de métal, la fusibilité et la malléabilité, sont justement des propriétés technologiques des solides semi-plastiques. Enfin, l’exclusion du mercure, tant sur le plan lexical que sur le plan scientifique, s’explique aisément par les caractères exceptionnels de ce corps rebelle à toute classification. Au xvie siècle, Agricola aura encore fort à faire pour lui reconnaître le statut de métal17.

  • 18 Sur cette théorie, voir V.I. LÉNINE, Matérialisme et Empiriocriticisme, tr. fr., Paris, 1946, pp. (...)

19Par conséquent, le concept scientifique de métal est, dans ses origines, étroitement tributaire des conditions techniques. On pourrait trouver là un bel argument pour la thèse marxiste de la connaissance liée au progrès du travail manuel de l’homme sur les choses18.

  • 19 R. LENOBLE, Les obstacles épistémologiques dans l’Histoire Naturelle de Pline, dans Thalès, 8 (195 (...)
  • 20 R. LENOBLE, op. cit., pp. 94-95.

20Dans un article remarquable, Robert Lenoble, appliquant la méthode de Gaston Bachelard, a étudié les obstacles épistémologiques dans l’Histoire Naturelle de Pline l’Ancien19. Il observe notamment que Pline confond sous le nom de cadmia des produits minéraux extrêmement différents, mais qui ont en commun une certaine technique de production, indépendamment de leur nature. Et il conclut20 : « Non seulement l’activité artisanale posait ainsi des obstacles à ce que sera la conceptualisation scientifique. Elle renforçait encore les cadres de la physique des qualités dont la première origine se trouvait dans la perception spontanée, toujours valorisée. Nos techniques actuelles, mises en œuvre d’une physique mathématique, habituent l’artisan à calculer et à dessiner des schémas abstraits. Mais la technique de ce temps-là créait elle-même ce qu’on pourrait appeler un mécanisme qualitatif. On agissait sur les corps en les chauffant et en les refroidissant, en les lestant ou en les limant pour les rendre plus légers. Si le concept se modèle sur le geste de fabrication, la chaleur et le froid, la pesanteur et la dureté vont devenir des « vertus » efficaces. Cette représentation est-elle irrationnelle ? Elle constituera certes un obstacle pour le développement du futur esprit scientifique. Mais la raison pouvait-elle se dispenser de ce stade ? Déjà dans ces débuts, c’est elle qui agit : elle classe, elle ordonne, elle tente des schémas accommodés à ses possibilités du moment. La valeur accordée à ces perceptions et à ces gestes ne vient pas seulement de l’affectivité ; elle consacre le seul moyen que l’on avait alors de connaître les choses et d’agir sur elles. »

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21Si le concept antique de métal était tributaire, dans ses origines, des conditions technologiques, les Anciens n’ont pas eu non plus l’idée que la spécificité des substances métalliques se fonderait, non sur une matière première déterminée, mais sur un certain arrangement de la matière, en d’autres termes sur une structure particulière.

22En revanche, ils ont souvent recouru à des considérations de structure pour expliquer, tant les différences entre tel ou tel métal que leur comportement dans les opérations métallurgiques. Ces considérations se sont surtout développées dans le cadre de philosophies à caractère corpusculaire. En effet, la structure d’un métal, envisagée sous sa forme la plus simple, était seulement la façon plus ou moins lâche, plus ou moins régulière dont s’assemblent les différentes « briques » constituant les corps. Aussi trouve-t-on ces réflexions esquissées par Empédocle, très développées dans l’atomisme de Démocrite et dans la physique mathématique de Platon. En revanche, Aristote n’en fait pratiquement pas mention, mais elles trouveront un regain de faveur dans les « atomismes » postaristotéliciens de Théophraste et de Straton.

23Certains phénomènes postulent presque nécessairement l’idée d’une structure : tel l’alliage, dès qu’on l’envisage sur le modèle mécanique d’un emboîtement de creux et de pleins ; telle l’attraction magnétique, car il faut bien que la pierre et le fer aient des pores pour capter leurs effluves réciproques.

24Démocrite, qui postule l’unité de la matière, a fait faire à ces recherches de grands progrès. En effet, il explique par là le dur et le mou, le lourd et le léger. Tout cela est fonction du serré du grain. Ramenant ainsi les qualités à des quantités, il est forcé de définir le rapport entre poids spécifique et dureté, car les corps les plus lourds ne sont pas les plus durs. Il est forcé d’en conclure à une structure non uniforme, idée qui était déjà sous-jacente dans les relations de symétrie ou d’asymétrie entre les pores du fer et de la magnétite.

25C’est également au serré du grain qu’il attribue les différentes réactions des métaux à la chaleur, la chaleur spécifique et la conductibilité thermique, deux notions confondues, liées à la pénétration des atomes de feu dans une structure plus ou moins serrée.

26Il devenait dès lors facile de rendre compte de la trempe, toujours associée à un chauffage et à un martelage. Pourquoi le fer chauffé est-il malléable, et devient-il dur par un refroidissement brusque ? C’est que l’intrusion des particules de feu délie l’assemblage des particules du métal et que le froid les resserre. Cette explication, pour être simpliste, n’en tient pas moins compte des données immédiates de l’expérience.

27Chez Platon, l’investigation des structures doit compter avec la théorie des quatre éléments, encore que ceux-ci se ramènent, en définitive, à des arrangements relativement stables de triangles atomes. La matière dans son entier devient ainsi réductible à une formulation mathématique simple.

28En ce qui concerne les métaux, certains phénomènes s’expliquent par le simple mélange d’eau et de terre, par exemple la rouille qui, comme chez Diogène d’Apollonie, est considérée comme quelque chose qui sort du métal. En revanche, d’autres problèmes sont résolus en combinant les deux types d’explication : les différences de dureté entre or et cuivre reposent certes sur un assemblage plus ou moins serré, plus ou moins uniforme de leurs molécules polyédriques, mais aussi sur la présence d’hexaèdres irréductibles de terre.

29L’explication de la fusion et de l’état solide est, elle, purement structurale : l’état solide consiste dans un assemblage uniforme et compact d’icosaèdres de même calibre. L’état liquide comporte un élément de déséquilibre : non seulement l’assemblage se desserre, mais son uniformité est rompue puisque certains icosaèdres se décomposent en icosaèdres plus petits. Mais cette instabilité est elle aussi formulable mathématiquement, puisque les petits icosaèdres sont des sous-multiples définis des plus grands.

30Cette géométrisation des structures disparaîtra totalement chez Théophraste et chez Straton, qui se situeraient plutôt dans la mouvance de Démocrite. En effet, Théophraste, voulant expliquer la fusion, ne recourt plus qu’au relâchement de l’assemblage sous l’action des particules de feu. Straton justifie de la même manière la dureté de l’adamas, la trempe du fer, mais aussi la transmission du fluide « électrique ».

31Jusqu’à la fin de l’Antiquité, l’hypothèse d’une structure des métaux ne sera donc appliquée qu’à un nombre limité de questions étroitement circonscrites. Chez des compilateurs comme Plutarque, on s’aperçoit qu’elle est devenue la solution généralement admise pour ces cas stéréotypés.

  • 21 Voir C.S. SMITH, History of Metallography, pp. 71-85.

32C’est sous cette forme que les idées antiques passeront chez les philosophes corpusculaires du xviie siècle, où C.S. Smith voit avec raison les précurseurs de la métallographie moderne. Il n’est que de comparer avec les anciens les opinions de Gassendi, de Descartes, de Rohault sur la densité des métaux, sur le magnétisme et sur la trempe du fer21 pour voir que la tradition n’a pas été interrompue.

Notes

1 M. BERTHELOT, Origines, p. 239; Introduction, pp. 54-55; L. LAURAND, Les sciences dans l’Antiquité, Paris, 1923, p. 29 ; T. READ, Metallurgical fallacies in archaeological literature, dans AJA, 1938, p. 385 ; U. TÄCKHOLM, Studien über den Bergbau der Römischen Kaiserzeit, Uppsala, 1937, p. 6, etc.

2 Il y a également six métaux chez les chimistes indiens, par exemple dans le Rasaratnasamucchaya, X, 70 ; Rasarnava, VII, 89-90 ; Rasakalpa (= Rudrayamala Tantra), II, 1. Cfr. P.C. RÂY, History of Chemistry in Ancient and Medieval India, Calcutta, 1956, pp. 61 ; 138 ; 156 ; 158 ; 180 ; 192.

3 R.P. MULTHAUF, The origins of Chemistry, London, 1966, pp. 36-37, remarque bien que les théories antiques ne voient pas dans nos métaux des substances douées de propriétés spécifiques, mais que les listes planétaires impliquent cette conscience d’une communauté. Il conclut p. 37 : « The differentiation of the seven metals seems to have owed more to astrology than to chemistry. »

4 BERTHELOT, Introduction, pp. 54-55.

5 Par un procédé complexe, combinant chloruration de l’argent présent dans l’or natif, alliage avec du plomb et coupellation pour éliminer les autres métaux vils.

6 M. STEPHANIDES, L’essai des substances chez les Anciens, I, Notions générales, dans Archeion, 11 (1929), pp. 375-394 ; II, Spécialités, ibid., 12 (1930), pp. 234-266.

7 L’alliage se dit en grec ϰρᾶμα, ϰρᾶσις, μεῖγμα, μῖξις, ἄρτυσις, χυμεία, χύμα, ἐπιπλοϰή ; le métal falsifié est qualifié de ϰίβδηλος ; le métal (précieux) pur et non falsifié est dit ϰαθαρός, ἀϰριβής, ἀϰραιφνης, εἰλιϰρινής, ἀϰήρατος, ἀϰέραιος, ἄδολος, ἀϰίβδηλος, ἁπλοῦς.

8 Voir R.P. MULTHAUF, What is a metal ?, dans The Sorby Centennial Symposium on the History of Metallurgy, Cleveland, Ohio, Oct. 22-23, 1963, New York, 1965 (Metallurgical Society Conferences, 27), pp. 139-144.

9 Pour une autre classification des matériaux, convenant à une technologie plus primitive, voir H.S. HARRISON, Discovery, invention and diffusion, dans History of Technology, I, pp. 64-65.

10 A. LEROI-GOURHAN, L’homme et la matière, Paris, 1943, p. 165.

11 A. LEROI-GOURHAN, op. cit., pp. 18 et 198.

12 POLLUX, III, 87.

13 THÉOPHRASTE, De lap., 49; STRABON, XVI, 2, 25, p. 758. Cfr. BLÜMNER, TT, IV, p. 387.

14 Le verrier s’appelle en grec ὑαλεψός, δελεψής. Ce mot possède un adjectif dérivé ὑαλοψιϰός. Cfr. BLÜMNER, TT, IV, 384.

15 Le nom de χυτὴ λίθος est donné au verre par ÉPINICOS chez ATHÉNÉE, X, 432 C.

16 D. WYCKOFF, Albertus Magnus. Book of Minerals, Oxford, 1967, pp. 161 et 284.

17 G. AGRICOLA, De natura fossilium, Basel, 1546, pp. 186; 330; 335-336.

18 Sur cette théorie, voir V.I. LÉNINE, Matérialisme et Empiriocriticisme, tr. fr., Paris, 1946, pp. 73-115, spéc. 110-115.

19 R. LENOBLE, Les obstacles épistémologiques dans l’Histoire Naturelle de Pline, dans Thalès, 8 (1957), pp. 87-106.

20 R. LENOBLE, op. cit., pp. 94-95.

21 Voir C.S. SMITH, History of Metallography, pp. 71-85.

© Presses universitaires de Liège, 1974

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