La découverte des éléments chimiques

On quitte maintenant le monde sans date et sans nom des sept métaux anciens. À partir d'ici, chaque élément a une histoire : un homme, un lieu, une année. Et le tout premier de cette longue série, c'est le phosphore. Un élément découvert en cherchant tout autre chose, et découvert, c'est ça le plus savoureux, dans un seau d'urine.

L'histoire se passe vers seize cent soixante-neuf, à Hambourg, en Allemagne. Le personnage s'appelle Hennig Brand. Ce n'est pas un savant. C'est un ancien officier devenu marchand, et surtout un alchimiste obstiné, de ceux qui passent leur vie et leur fortune à courir après la pierre philosophale, cette substance légendaire censée changer les métaux en or.

Brand avait une idée bien à lui. Il s'était mis en tête que le secret de l'or se cachait dans le corps humain, et plus précisément dans l'urine. Pourquoi ? Parce que l'urine est dorée. Ce raisonnement nous fait sourire aujourd'hui, mais dans la logique alchimiste, la couleur d'une substance révélait sa nature profonde. Si l'urine était dorée, c'est qu'elle devait contenir, sous une forme cachée, le principe de l'or.

Alors Brand s'est lancé dans une entreprise absolument démesurée. Il a collecté de l'urine. Énormément d'urine. Les récits parlent de plusieurs milliers de litres, récupérés sans doute auprès des casernes et des tavernes de la ville. Il l'a laissée croupir pendant des jours, jusqu'à ce qu'elle pourrisse. Puis il l'a fait bouillir, encore et encore, jusqu'à la réduire à une pâte épaisse. Et il a chauffé cette pâte à très haute température, dans une cornue, en recueillant les vapeurs.

Ce qu'il obtient au bout de ce travail répugnant, ce n'est évidemment pas de l'or. C'est une substance cireuse, blanche, translucide. Mais cette substance a une propriété stupéfiante, qui a dû couper le souffle de Brand dans son laboratoire sombre : elle brille. Elle émet une lueur verdâtre, pâle, dans l'obscurité. Une lumière froide, sans flamme, sans chaleur, qui semble sortir de la matière elle-même. Et au contact de l'air, par moments, elle prend feu toute seule.

Brand venait d'isoler un élément chimique nouveau. Le premier que l'humanité découvrait depuis la nuit des temps. Et il lui a donné un nom qui décrit exactement ce qu'il avait vu : phosphore. Le mot vient du grec, et il signifie porteur de lumière. C'est d'ailleurs le nom que les Grecs donnaient aussi à l'étoile du matin, à la planète Vénus quand elle brille à l'aube. Le phosphore, c'est le porteur de lumière.

Il y a quelque chose de magnifique dans cette ironie. Brand cherchait l'or, le métal du Soleil, et il n'a pas trouvé d'or. L'urine ne contient pas d'or. Mais elle contient des phosphates, des composés du phosphore, parce que le phosphore est partout dans notre corps. Et au lieu de l'or, du métal, il a trouvé la lumière. Il cherchait la richesse, il a trouvé un élément.

En bon alchimiste, Brand a gardé son procédé secret. Il espérait encore en tirer fortune, il a essayé de le vendre. Mais un secret de ce genre ne tient jamais bien longtemps. D'autres ont fini par retrouver la méthode, en Allemagne puis en Angleterre, où le célèbre savant Robert Boyle l'a reproduite et étudiée bien plus sérieusement que Brand ne l'avait jamais fait. Le phosphore est ainsi passé, en quelques années, des mains d'un alchimiste rêveur à celles des premiers vrais chimistes.

Cette scène a tellement frappé les imaginations qu'un peintre anglais, Joseph Wright of Derby, en a fait un tableau resté célèbre, un siècle plus tard. On y voit l'alchimiste à genoux dans la pénombre, devant sa cornue d'où jaillit une lumière éclatante, dans une posture presque religieuse. Le titre du tableau dit tout : l'alchimiste découvrant le phosphore.

Maintenant, deux choses sur cet élément, pour que tu le gardes bien en tête.

La première, c'est qu'il est dangereux. Le phosphore blanc, celui de Brand, s'enflamme spontanément au contact de l'air, et il brûle en faisant des brûlures terribles. C'est pour cette raison qu'on l'a longtemps utilisé dans les premières allumettes, au dix-neuvième siècle, et que ces allumettes ont causé d'innombrables accidents et des maladies professionnelles graves chez les ouvrières des fabriques. Le porteur de lumière a aussi été un porteur de feu et de souffrance.

La seconde chose, et c'est la plus belle, c'est que le phosphore est un élément de la vie. Brand l'a tiré du corps humain sans le savoir, mais il avait mis la main sur l'un des constituants essentiels du vivant. Le phosphore est dans tes os, qui sont faits de phosphate de calcium. Il est dans ton ADN, dont la structure même, la fameuse double hélice, est tenue par une colonne de groupes phosphate. Il est dans l'ATP, la molécule qui transporte l'énergie dans chacune de tes cellules, à chaque seconde. Sans phosphore, pas de vie possible. Brand l'a extrait de l'urine parce que le corps en regorge, et il a fallu attendre encore deux siècles pour comprendre pourquoi.

Voilà donc le huitième. Le premier élément avec une date, un nom de découvreur, une scène précise. Et il marque vraiment un basculement. Après lui, la chimie va sortir lentement de l'alchimie. Le dix-huitième siècle qui s'ouvre va devenir le grand siècle des découvertes : le cobalt, le nickel, l'hydrogène, l'oxygène, toute une cascade d'éléments arrachés un à un à la nature. C'est cette cascade qu'on va suivre maintenant, élément par élément.

Je te le disais à la fin de la note précédente : les mineurs de Saxe n'avaient pas qu'un seul démon dans leurs galeries. Le cobalt portait le nom d'un lutin. Le quatrième élément de notre histoire, le nickel, porte le nom d'un autre. Et c'est presque la même histoire, racontée une seconde fois.

Nous sommes toujours dans les montagnes minières d'Allemagne, toujours au milieu de gens qui passent leur vie sous terre à chercher du cuivre. Et de nouveau, ces mineurs tombent régulièrement sur un minerai trompeur. Cette fois, ce n'est pas un minerai bleu, c'est un minerai d'une belle couleur rouge cuivré. À le voir, n'importe quel mineur aurait juré que c'était un excellent minerai de cuivre. Sa couleur le promettait.

Mais comme pour le cobalt, la promesse n'était jamais tenue. On avait beau le chauffer, le fondre, le travailler de toutes les manières possibles, jamais ce minerai ne donnait le moindre gramme de cuivre. Il ressemblait au cuivre, il imitait le cuivre, et il refusait obstinément d'en livrer.

Et les mineurs ont réagi exactement comme leurs voisins face au cobalt : ils ont accusé un esprit malin. Ils ont décidé que ce faux cuivre était un mauvais tour joué par un lutin. Le lutin en question, dans le folklore allemand, s'appelait Nickel. C'est un diminutif du prénom Nicolas, mais c'était aussi, à l'époque, un surnom courant pour désigner le diable ou un démon farceur. Le vieux Nick, c'était une façon familière de nommer le malin.

Alors les mineurs ont baptisé ce minerai d'un nom méprisant et superstitieux : le Kupfernickel. Mot à mot, cela veut dire le cuivre de Nickel, le cuivre du lutin, le cuivre du diable. Une manière de dire : ce n'est pas du vrai cuivre, c'est une contrefaçon démoniaque, un faux cuivre ensorcelé qui se moque de nous.

Et voici le savant. En mille sept cent cinquante et un, un minéralogiste suédois, Axel Fredrik Cronstedt, décide d'examiner sérieusement ce Kupfernickel honni. Cronstedt est un homme rigoureux, un grand connaisseur des minéraux. Il chauffe, il traite, il purifie ce minerai du diable. Et il en extrait un métal qui n'est ni du cuivre, ni rien de connu : un métal nouveau, blanc, dur, brillant.

Cronstedt comprend qu'il tient un élément inédit. Et pour le nommer, il fait un geste qui ressemble à celui de Brandt avec le cobalt : il garde le nom populaire, mais il le raccourcit. Il laisse tomber le kupfer, le cuivre, puisque justement ce n'était pas du cuivre. Il ne conserve que la seconde partie, le nom du lutin. Et il appelle son métal, tout simplement : nickel.

Tu vois la symétrie. Deux fois de suite, à seize ans d'intervalle, la même scène se rejoue. Un minerai trompeur. Des mineurs qui crient à la sorcellerie et accusent un esprit de la mine. Et puis un chimiste scandinave, patient et méthodique, qui ouvre le minerai et y trouve, à la place du démon, un élément. Le cobalt et le nickel sont des frères : tous deux portent dans leur nom un lutin de la peur souterraine, tous deux ont été arrachés à la légende par la chimie suédoise du dix-huitième siècle.

Au début, d'ailleurs, la communauté savante n'a pas tout de suite cru Cronstedt. Beaucoup pensaient que son nickel n'était pas un vrai élément, mais un mélange, un alliage de métaux déjà connus, peut-être du cuivre mal débarrassé de ses impuretés. Il a fallu quelques décennies, et le travail d'autres chimistes, pour que le nickel soit définitivement reconnu comme un élément à part entière. La science, c'est aussi cela : une découverte qu'il faut défendre, vérifier, parfois imposer contre le doute des collègues.

Et le nickel, comme le cobalt, est tout sauf une curiosité oubliée. C'est un métal remarquablement résistant à la corrosion et à la chaleur. Allié au fer et au chrome, il donne les aciers inoxydables, ces aciers qui ne rouillent pas et qu'on retrouve partout, des couverts de ta cuisine aux instruments de chirurgie. Il sert aussi à fabriquer des pièces de monnaie depuis très longtemps. Aux États-Unis, d'ailleurs, on appelle encore familièrement la pièce de cinq cents un nickel, du nom du métal. Le lutin allemand a fini sa carrière dans les poches du monde entier.

Voilà donc nos deux premiers métaux du dix-huitième siècle. Le cobalt et le nickel, deux démons de mine devenus deux éléments. À chaque fois, le même mouvement : la chimie ne se contente pas de découvrir, elle dissout la peur. Là où l'on voyait un sortilège, elle montre une matière. Le prochain élément va nous faire quitter les mines et les métaux. On va passer aux gaz, à l'invisible. Et avec lui, c'est une croyance bien plus ancienne et bien plus solide que les lutins qui va tomber.

Après l'eau, c'est au tour de l'air. Dans la vieille théorie des quatre éléments, l'air était l'un des quatre principes simples de l'univers. Une substance unique, homogène, fondamentale. Le sixième élément de notre histoire va briser cette idée. Cet élément, c'est l'azote. Et son nom, tu vas voir, est l'un des plus paradoxaux de toute la chimie.

Nous sommes en mille sept cent soixante-douze, en Écosse, à Édimbourg. Le personnage est un jeune homme, un étudiant en médecine du nom de Daniel Rutherford. Il travaille sous la direction d'un grand chimiste de l'époque, Joseph Black, celui-là même qui avait déjà identifié le gaz carbonique. L'air commence à intriguer les savants : et s'il n'était pas aussi simple qu'on le croyait ?

Rutherford monte une expérience d'une logique limpide. Il part de l'air ordinaire, l'air qu'on respire. Et il décide de lui retirer tout ce qui, dans cet air, sert à quelque chose. Premièrement, il fait brûler des substances dans un volume d'air fermé, jusqu'à ce que plus rien ne veuille brûler. L'air a perdu sa capacité à entretenir une flamme. Deuxièmement, il enferme un petit animal, une souris, dans cet air, et il attend. La souris respire, jusqu'à ne plus pouvoir. L'air a perdu sa capacité à entretenir la vie. Enfin, il fait absorber le gaz carbonique produit par tout cela.

Et après toutes ces opérations, il reste quelque chose. Il reste un gaz. Un gaz qui occupe encore la plus grande partie du volume de départ. Un gaz dans lequel aucune flamme ne brûle, dans lequel aucun animal ne peut vivre. Un gaz qui semble parfaitement inerte, parfaitement mort.

Rutherford l'appelle l'air méphitique, ou l'air vicié. Méphitique, c'est un mot qui évoque les exhalaisons malsaines, l'air corrompu des marais. Pour lui, c'est le résidu, le déchet : ce qui reste de l'air une fois qu'on lui a ôté tout ce qui le rendait utile.

Ce qui est remarquable, c'est que Rutherford n'est pas le seul à mettre la main sur ce gaz à cette époque. Plusieurs savants l'isolent presque en même temps, chacun de son côté : le Suédois Scheele, l'Anglais Cavendish, dont je t'ai déjà parlé, et Priestley aussi. C'est souvent ainsi en science : quand une idée est mûre, quand les outils sont prêts, la découverte tombe dans plusieurs mains à la fois. Mais c'est à Rutherford qu'on attribue traditionnellement la première description claire de ce nouveau gaz.

Et voici le plus beau, le nom. C'est encore Lavoisier, le grand chimiste français, qui va le baptiser. Il regarde ce gaz dans lequel rien ne brûle et rien ne respire, ce gaz où la souris meurt, et il forge un nom à partir du grec. Il prend le préfixe qui veut dire sans, privé de, et le mot qui veut dire la vie. Et il l'appelle azote. Azote, cela veut dire littéralement : sans vie, privé de vie, ce qui ne fait pas vivre.

Voilà le paradoxe que je voulais que tu entendes. Cet élément qu'on a nommé sans vie est, en réalité, l'un des plus indispensables à la vie qui soit. D'abord parce qu'il est partout : l'azote représente environ soixante-dix-huit pour cent de l'air que tu respires en ce moment. Quand tu emplis tes poumons, c'est surtout de l'azote que tu inspires. L'air n'est pas un élément simple : c'est un mélange, et son composant majoritaire, et de très loin, c'est ce gaz qu'on a cru être un déchet.

Et surtout, l'azote est un constituant fondamental du vivant. Toutes les protéines de ton corps contiennent de l'azote. Ton ADN en contient. Les acides aminés, les briques de la vie, sont bâtis autour d'atomes d'azote. Sans azote, aucune plante ne pousse, aucun animal ne se construit. C'est même souvent l'azote qui manque aux sols et qui limite les récoltes, et c'est pour cela qu'au vingtième siècle on a inventé le moyen de capter l'azote de l'air pour fabriquer des engrais, un procédé qui nourrit aujourd'hui une grande partie de l'humanité.

Alors retiens bien ce paradoxe : l'élément baptisé sans vie est celui qui, par les protéines, par l'ADN, par les engrais, rend la vie possible à grande échelle. Le nom dit la première impression, l'expérience de la souris qui meurt. La réalité, découverte plus tard, dit exactement l'inverse.

Avec l'azote, on a démontré que l'air n'était pas un, mais composé. Il reste alors une question évidente. Si l'azote est la partie de l'air où rien ne brûle et rien ne vit, c'est donc qu'il existe une autre partie. La partie qui, elle, fait brûler et fait vivre. Cette autre partie, ce sera la septième note. Et ce sera l'élément le plus important de toute cette histoire.

On entre dans le dix-neuvième siècle, et il s'ouvre avec un outil entièrement nouveau, un outil qui va devenir une véritable machine à découvrir des éléments. Cet outil, c'est l'électricité.

Tout commence en mille huit cent. Cette année-là, l'Italien Alessandro Volta invente la pile électrique. Pour la première fois dans l'histoire, les savants disposent d'une source de courant électrique continu, régulier, qu'on peut produire à volonté. Avant Volta, l'électricité n'était que l'étincelle, l'éclair, la décharge brève. Avec la pile, on a un courant qui coule, et qui dure.

Et très vite, on s'aperçoit que ce courant a un pouvoir étonnant : il peut décomposer la matière. Fais passer un courant dans de l'eau, et l'eau se sépare en deux gaz, l'hydrogène et l'oxygène. On appelle cela l'électrolyse. L'électricité devient une force capable de défaire les substances, de les casser en leurs constituants.

Le héros de cette histoire, c'est un jeune chimiste anglais, Humphry Davy. Davy est un personnage flamboyant. Brillant, ambitieux, séduisant. Il donne à Londres, à la Royal Institution, des conférences publiques si spectaculaires que la haute société se presse pour y assister comme on irait au théâtre. Et Davy a une intuition décisive. Il se dit : si le courant électrique peut décomposer l'eau, alors il peut peut-être décomposer des substances que personne, jusqu'ici, n'a jamais réussi à séparer.

Il pense en particulier à deux substances : la potasse et la soude. Ce sont des alcalis, des produits connus depuis très longtemps, qu'on tirait des cendres de plantes et qui servaient à faire le savon et le verre. Aucun chimiste n'avait jamais réussi à les décomposer. Le grand Lavoisier lui-même soupçonnait qu'elles cachaient des métaux inconnus, mais il n'avait aucun moyen de le prouver.

Davy, lui, a la pile. En mille huit cent sept, il fait fondre de la potasse et il y fait passer un courant électrique très puissant. Et là, il assiste à un spectacle inouï. À l'un des pôles, il voit apparaître de minuscules globules d'un métal brillant, couleur d'argent. Des petites billes de métal qui surgissent de la matière, et dont certaines, au contact de l'air, prennent feu aussitôt avec une petite flamme. On raconte que Davy, dans son laboratoire, a littéralement sauté de joie et dansé devant son expérience. Il venait de mettre au monde un élément nouveau : le potassium.

Quelques jours plus tard, il recommence avec la soude, et il en tire de la même manière un autre métal nouveau : le sodium.

Et ces deux métaux, sont absolument déconcertants. Imagine la stupeur des chimistes de l'époque. On croyait connaître les métaux : lourds, durs, solides, durables, comme le fer ou le cuivre. Or le potassium et le sodium sont tout le contraire. Ils sont si légers qu'ils flottent sur l'eau. Ils sont si mous qu'on les coupe aussi facilement qu'un morceau de beurre, avec un simple couteau. Et surtout, ils sont d'une réactivité folle : jette un morceau de sodium dans l'eau, et il file à la surface en grésillant, en fondant, parfois en s'enflammant d'une flamme jaune ou mauve, dans une réaction violente. Ce sont des métaux qui n'ont presque rien à voir avec l'idée qu'on se faisait d'un métal. La nature était bien plus variée qu'on ne l'imaginait.

Davy est lancé, et il ne s'arrête pas là. L'année suivante, en mille huit cent huit, il applique la même méthode électrique à d'autres substances réputées indécomposables. Et il fait surgir, coup sur coup, toute une série de métaux nouveaux : le calcium, celui de la craie et des os ; le magnésium ; le baryum ; le strontium. En l'espace de deux ans, un seul homme, armé d'une pile électrique, a enrichi la liste des éléments connus de plus d'une demi-douzaine de métaux. C'est l'une des moissons les plus spectaculaires de toute l'histoire de la chimie.

Ce qu'il faut retenir, c'est le principe. Au dix-huitième siècle, l'outil des chimistes, c'était essentiellement le feu : on chauffait, on calcinait, on fondait. Mais le feu a ses limites. Certaines substances, comme la potasse ou la chaux, résistaient à toutes les flammes. L'électricité, elle, atteint là où le feu échoue. Le courant arrache les éléments les plus solidement liés. Chaque fois que la science invente un nouvel instrument, une pile, plus tard un spectroscope, plus tard encore les rayonnements, une nouvelle fournée d'éléments tombe. L'histoire des éléments, c'est aussi l'histoire des instruments qui permettent de les débusquer.

Le potassium et le sodium, on les connaît bien aujourd'hui. Le sodium, tu en manges tous les jours : le sel de table, c'est du chlorure de sodium. Le potassium est vital pour tes cellules, pour tes muscles, pour ton cœur. Le calcium tient tes os debout. Ces métaux bizarres, légers et furieux, que Davy a fait jaillir de sa pile, sont en réalité parmi les plus essentiels au fonctionnement du vivant.

Davy avait pris l'habitude de nommer lui-même ses découvertes. Et l'une d'elles, justement, va nous occuper dans la note suivante. Car en étudiant un gaz jaune-verdâtre que tout le monde prenait pour un composé, Davy va démontrer que c'est, lui aussi, un élément à part entière. Ce gaz, c'est le chlore. Et il nous mènera, par un curieux détour, jusqu'à une fabrique de poudre à canon et à une magnifique vapeur violette.

Voici l'histoire d'un métal au destin incroyable. Un métal qui a été, pendant quelques décennies, plus précieux que l'or, et qui est aujourd'hui dans la poubelle de ta cuisine, sous la forme d'une canette vide. Ce métal, c'est l'aluminium. Et son histoire raconte une vérité essentielle sur les éléments.

Commençons par un paradoxe. L'aluminium est l'un des éléments les plus abondants de la Terre. Dans toute l'écorce terrestre, ce sol et ces roches sous tes pieds, l'aluminium est le métal le plus répandu de tous : il en représente environ huit pour cent. Il y en a partout, sous tes pas, dans presque chaque caillou, dans l'argile, dans la glaise.

Et pourtant, pendant toute l'histoire de l'humanité, jusqu'au dix-neuvième siècle, personne n'a jamais tenu un seul morceau d'aluminium métallique entre ses mains. Les pharaons, les Romains, les rois du Moyen Âge : aucun n'a connu ce métal. Pourquoi ? Parce que l'aluminium ne se trouve jamais à l'état pur dans la nature. Jamais de pépite d'aluminium, jamais de filon. Il est toujours combiné, accroché chimiquement à d'autres éléments, surtout à l'oxygène, et il s'y accroche avec une force extraordinaire. Le séparer, l'arracher à ses combinaisons, est terriblement difficile. L'abondance ne sert à rien si l'on ne sait pas extraire.

Les premiers à y parvenir, au début du dix-neuvième siècle, n'obtiennent que d'infimes quantités d'un métal impur. Puis, vers mille huit cent cinquante, un chimiste français, Henri Sainte-Claire Deville, met au point un véritable procédé d'extraction. Il est même soutenu dans ses recherches par l'empereur Napoléon Trois, qui rêvait d'équiper son armée de cuirasses et de matériel d'un métal à la fois solide et léger. Mais le procédé de Deville reste compliqué et ruineusement cher.

Résultat : l'aluminium devient le métal de luxe absolu. Le métal des rois et des riches. On raconte, et c'est l'anecdote la plus célèbre de cette histoire, que Napoléon Trois recevait ses invités avec une vaisselle particulière. Les hôtes les plus prestigieux, les plus honorés, avaient droit à des couverts en aluminium. Les invités ordinaires, eux, devaient se contenter de couverts en or. Tu as bien entendu : l'or était le métal de second rang, et l'aluminium le métal d'élite. À cette époque, l'aluminium valait plus cher que l'or, parfois bien plus cher.

Autre symbole : quand on a achevé, en mille huit cent quatre-vingt-quatre, le grand monument de Washington, cet immense obélisque de pierre, on a voulu le coiffer d'une pointe en métal noble. On a choisi l'aluminium. La petite pyramide au sommet du monument est en aluminium, parce qu'à l'époque c'était l'un des matériaux les plus précieux que l'on pouvait offrir.

Et puis, tout bascule en mille huit cent quatre-vingt-six. Cette année-là, deux jeunes hommes de vingt-deux ans, chacun de son côté, sans se connaître, l'un aux États-Unis, Charles Martin Hall, l'autre en France, Paul Héroult, inventent presque simultanément le même procédé. Un procédé électrique : on dissout le composé d'aluminium dans un bain fondu, et on fait passer un puissant courant qui libère le métal. C'est encore l'électricité, comme pour Davy et ses métaux alcalins, qui vient à bout de l'élément. Ce procédé, qu'on appelle aujourd'hui le procédé Hall-Héroult, est efficace, et il peut produire de l'aluminium en grande quantité.

Et le prix s'effondre. En quelques années à peine, l'aluminium passe du statut de métal plus cher que l'or à celui de métal industriel courant, puis carrément bon marché. La chute est vertigineuse. Le métal des empereurs devient le métal de tout le monde. On en fait des ustensiles, des fenêtres, puis des avions, puis ces milliards de canettes de boisson légères qu'on jette après usage.

Voilà la leçon que je veux que tu retiennes, et elle vaut pour beaucoup d'éléments. La valeur d'un élément ne dépend presque jamais de sa rareté réelle dans la nature. L'aluminium était abondant tout ce temps, juste sous nos pieds. Ce qui le rendait précieux, ce n'était pas la rareté du métal, c'était la difficulté de l'extraire. Sa valeur était une valeur de savoir-faire, pas une valeur de quantité. Le jour où la technique a rendu l'extraction facile, la préciosité s'est évaporée. L'aluminium n'est pas devenu plus commun dans la nature : il est devenu plus accessible à l'intelligence humaine.

C'est aussi cela, l'histoire des éléments : pas seulement une suite de découvertes, mais une lutte constante contre la difficulté technique. Certains éléments se ramassaient, comme l'or. D'autres demandaient le feu. D'autres l'électricité. D'autres encore demanderont, on le verra, les instruments les plus sophistiqués du vingtième siècle.

Mais à ce stade de notre histoire, vers les années mille huit cent soixante, un autre problème se pose. On connaît déjà une soixantaine d'éléments. La liste s'allonge, dans le désordre. Et un chimiste russe va, pour la première fois, mettre de l'ordre dans tout cela, et même prédire des éléments qu'on n'a pas encore trouvés. C'est la prochaine note : Mendeleïev et le tableau périodique.

Le tableau de Mendeleïev semblait, vers mille huit cent quatre-vingt-dix, à peu près complet. On rangeait les éléments, on remplissait peu à peu les cases vides. Et puis on s'est aperçu, à la toute fin du dix-neuvième siècle, qu'il manquait quelque chose d'énorme. Pas une case, pas deux : une colonne entière. Toute une famille d'éléments que personne n'avait jamais soupçonnée. Et s'ils étaient restés invisibles si longtemps, c'est pour une raison fascinante : ils ne réagissent avec rien.

L'histoire commence par une toute petite anomalie, le genre de détail que la plupart des gens auraient négligé. En Angleterre, un physicien très méticuleux, Lord Rayleigh, mesure avec une extrême précision la densité de l'azote. Tu te souviens de l'azote, le gaz principal de l'air. Et Rayleigh remarque une chose qui le tracasse. L'azote qu'il extrait de l'air est très légèrement plus lourd que l'azote qu'il fabrique à partir de composés chimiques. Une différence minuscule, de l'ordre du millième. Presque rien.

Mais Rayleigh est un vrai savant : une petite anomalie qui ne devrait pas exister, ça ne se néglige pas, ça s'explique. Il s'associe à un chimiste, William Ramsay, et ensemble ils se posent la question : pourquoi l'azote de l'air est-il un peu trop lourd ? Leur hypothèse : l'azote de l'air ne serait pas pur. Il contiendrait, mélangé à lui, un autre gaz, inconnu, et plus lourd.

Alors ils font une expérience patiente et obstinée. Ils prennent de l'air, et ils en retirent méthodiquement tout ce qu'ils savent y être. Ils enlèvent tout l'oxygène. Ils enlèvent tout l'azote, en le forçant à se combiner. Ils enlèvent le gaz carbonique, la vapeur d'eau. Tout. Et selon les connaissances de l'époque, après avoir tout retiré, il ne devrait plus rien rester du tout.

Or il reste quelque chose. Une petite bulle de gaz qui refuse obstinément de disparaître. Un gaz résiduel qui ne se combine avec rien, qui résiste à tous les réactifs, qui ne réagit à absolument rien de ce qu'on lui présente. Un gaz totalement inerte. C'est en mille huit cent quatre-vingt-quatorze. Rayleigh et Ramsay viennent de découvrir un élément nouveau, et ils le nomment d'après le grec, d'après son caractère : ils l'appellent argon, ce qui signifie le paresseux, l'inactif, le fainéant.

Comprends bien à quel point c'est déroutant. Toute la chimie, depuis ses débuts, c'est l'étude des combinaisons. Un élément, ça se définit par la manière dont il s'unit aux autres : le fer rouille, l'hydrogène brûle, le sodium attaque l'eau. Et voilà un élément dont la propriété principale est de ne rien faire. De ne se lier à rien. Un élément chimiquement oisif. C'est presque une contradiction. Voilà pourquoi on ne l'avait jamais vu : il ne laisse aucune trace, il ne participe à aucune réaction, il traverse le monde sans rien toucher.

Ramsay comprend alors qu'il ne tient pas un élément isolé, mais le premier d'une famille. Il se lance dans une véritable chasse. Et en quelques années à peine, il débusque les autres membres de cette colonne manquante du tableau.

Il y a d'abord un cas extraordinaire : l'hélium. L'hélium avait en fait été repéré dès mille huit cent soixante-huit, mais pas sur Terre. On l'avait détecté dans la lumière du Soleil, en analysant le spectre solaire pendant une éclipse. Une raie de couleur qui ne correspondait à aucun élément connu. On en avait déduit l'existence d'un élément présent dans le Soleil, et on l'avait nommé d'après le mot grec qui désigne le Soleil, Hélios. L'hélium, c'est le seul élément qui a été découvert sur un astre avant d'être trouvé sur la Terre. Et c'est Ramsay qui, en mille huit cent quatre-vingt-quinze, l'identifie enfin ici-bas, en l'extrayant d'un minerai.

Puis Ramsay et ses collaborateurs trouvent encore, coup sur coup, le néon, dont le nom grec veut dire simplement le nouveau, le krypton, dont le nom veut dire le caché, et le xénon, l'étranger. En quelques années, une famille entière, une colonne complète, vient s'ajouter au tableau périodique. On les appelle les gaz nobles, ou les gaz rares, ou les gaz inertes : nobles parce que, comme l'or, ils dédaignent de se mêler aux autres.

Et ces gaz si distants, si inertes, te sont aujourd'hui très familiers. Le néon, c'est la lumière rouge-orangé des enseignes lumineuses qui ont éclairé les villes du vingtième siècle. L'hélium, plus léger que l'air, c'est le gaz des ballons de fête et des dirigeables, et celui qui rend la voix si comique quand on en respire. L'argon, justement parce qu'il ne réagit à rien, sert de bouclier protecteur : on en remplit les ampoules, on en entoure les soudures pour empêcher le métal chaud de s'oxyder. Leur inertie, qui les avait rendus invisibles, est devenue leur utilité même.

C'est une belle leçon. Le tableau de Mendeleïev avait une colonne vide que Mendeleïev lui-même n'avait pas vue venir, parce que ces éléments-là ne se signalent par aucune réaction. Il a fallu une anomalie d'un millième sur la densité de l'azote, et un savant assez sérieux pour ne pas la négliger, pour révéler toute une famille cachée de la nature.

Avec les gaz nobles, le tableau du dix-neuvième siècle est presque complet. Mais une dernière découverte, à la toute fin du siècle, va ébranler quelque chose de bien plus profond que le tableau. Elle va remettre en cause l'idée même que l'atome soit éternel et immuable. C'est la dernière note de ce parcours : le radium, le polonium, et Marie Curie.

On entre dans le vingtième siècle, et avant de parler des éléments que l'homme va fabriquer de toutes pièces, il faut s'arrêter sur une découverte un peu abstraite, mais absolument décisive. C'est elle qui va transformer le tableau de Mendeleïev, encore un peu flou, en une carte exacte et complète. Cette découverte, c'est celle du numéro atomique, et on la doit à un jeune homme nommé Henry Moseley.

Reviens un instant au tableau de Mendeleïev. Il était génial, mais il avait un défaut, et un manque. Le défaut, c'est que Mendeleïev avait classé les éléments par masse, du plus léger au plus lourd, et qu'à deux ou trois endroits, ce classement par masse donnait un ordre bizarre, qui obligeait à tricher un peu pour que les familles restent cohérentes. Le manque, c'est qu'on ne savait pas combien il y avait d'éléments en tout. Le tableau avait des cases vides, mais on ignorait leur nombre exact. La chasse aux éléments se faisait un peu à l'aveugle : on ne savait pas combien de gibier il restait.

Henry Moseley est un physicien anglais, jeune, brillant, qui travaille dans l'entourage du grand Rutherford. En mille neuf cent treize, il étudie une chose nouvelle : les rayons X que chaque élément émet quand on le bombarde. Il prend les éléments les uns après les autres, et il mesure très précisément les rayons X que chacun produit.

Et il découvre une loi d'une grande beauté, d'une grande simplicité. Les rayons X de chaque élément correspondent à un nombre. Et ces nombres se suivent : un, deux, trois, quatre, cinq, sans aucun trou, sans aucune ambiguïté. Chaque élément possède son nombre entier, qui lui est propre, et qui le situe sans discussion possible dans la série.

Que représente ce nombre ? Moseley comprend qu'il s'agit du nombre de charges électriques positives dans le noyau de l'atome. Autrement dit, le nombre de protons. C'est ce qu'on appelle aujourd'hui le numéro atomique. L'hydrogène a un proton, son numéro est un. L'hélium en a deux. Le carbone, six. L'or, soixante-dix-neuf. L'uranium, quatre-vingt-douze.

Et voici la révélation. Le vrai principe qui ordonne les éléments, ce n'est pas leur masse, comme le croyait Mendeleïev. C'est ce nombre entier de protons. C'est lui qui définit un élément. Ce qui fait qu'un atome est de l'or et pas du plomb, ce n'est pas son poids, c'est qu'il a exactement soixante-dix-neuf protons. Change ce nombre, et tu changes d'élément.

Les conséquences sont immenses. D'abord, les petites bizarreries du classement de Mendeleïev disparaissent : rangés par numéro atomique, par nombre de protons, tous les éléments tombent à leur juste place, sans tricherie. Le tableau devient logiquement parfait.

Ensuite, et c'est le plus important : on peut désormais compter. Puisque les numéros se suivent comme les nombres entiers, un, deux, trois, on sait exactement combien d'éléments existent entre deux bornes. Entre l'hydrogène, numéro un, et l'uranium, numéro quatre-vingt-douze, il y a exactement quatre-vingt-douze cases. Ni une de plus, ni une de moins. Et surtout, on sait précisément lesquelles sont encore vides. À l'époque de Moseley, il manquait exactement sept éléments dans cet intervalle. Sept cases identifiées, avec leur numéro précis : la quarante-trois, la soixante et un, la soixante-douze, et quelques autres.

Comprends bien le changement. Avant Moseley, chercher un élément, c'était partir en exploration sans carte, sans savoir combien il en restait. Après Moseley, c'est devenu une liste de courses parfaitement définie. On savait : il manque exactement ces sept-là, voici leurs numéros, voici, grâce au tableau, leurs propriétés probables. La chasse aux éléments cessait d'être une aventure incertaine pour devenir une traque méthodique avec une fin connue.

Cette histoire, hélas, a une fin tragique, et elle ressemble à celle de Moseley lui-même autant qu'à celle des éléments. Quand éclate la Première Guerre mondiale, Moseley, malgré tout ce qu'il représentait déjà pour la science, s'engage dans l'armée britannique. Il est envoyé sur le front, dans la terrible campagne de Gallipoli, en Turquie. Et il y est tué par un tireur, en mille neuf cent quinze. Il avait vingt-sept ans.

L'écrivain et scientifique Isaac Asimov a écrit que la mort de Moseley fut peut-être, à elle seule, la perte la plus coûteuse pour l'humanité de toute cette guerre. On ne saura jamais ce qu'un esprit pareil aurait découvert. Et l'on dit souvent que c'est en partie à cause de cette mort que les gouvernements ont compris, par la suite, qu'on ne devait pas envoyer ses meilleurs scientifiques se faire tuer dans les tranchées.

Mais l'héritage de Moseley était posé. Le tableau périodique avait désormais sa colonne vertébrale : le numéro atomique. On savait compter les éléments, on savait exactement lesquels manquaient. Et l'une de ces cases vides, la quarante-trois, allait résister à toutes les recherches. On allait la chercher dans toutes les mines du monde, sans jamais la trouver. Parce que, on va le voir dans la prochaine note, cet élément-là n'existait nulle part sur Terre. Il allait falloir le fabriquer.

Le technétium nous a montré qu'on pouvait fabriquer un élément qui manquait au milieu du tableau. Mais une question bien plus vertigineuse se posait. Tout au bout du tableau, le dernier élément que la nature offre, c'est l'uranium, le numéro quatre-vingt-douze. Au-delà, plus rien. La question devient alors irrésistible : et si on fabriquait des éléments au-delà de l'uranium ? Des numéros que la nature n'a jamais portés ? On les a appelés, par avance, les transuraniens, ceux d'au-delà de l'uranium.

Nous sommes à la fin des années mille neuf cent trente. Les physiciens ont une technique : bombarder l'uranium avec des neutrons, ces particules sans charge qui peuvent pénétrer au cœur de l'atome. L'idée est que l'uranium, en capturant un neutron, pourrait se transformer et grimper d'un cran, devenir l'élément quatre-vingt-treize.

Mais en faisant ces expériences, on tombe d'abord sur une découverte encore plus énorme, et bouleversante. En bombardant l'uranium, des chercheurs en Allemagne, Otto Hahn et Fritz Strassmann, aidés par les calculs de Lise Meitner, comprennent que le noyau d'uranium ne se contente pas de grandir : parfois, il se brise en deux. Il se casse, et en se cassant il libère une quantité d'énergie colossale. C'est la fission nucléaire. Et cette découverte, faite à la veille de la Seconde Guerre mondiale, va précipiter le monde vers l'arme atomique.

Mais revenons à notre sujet, les éléments. En mille neuf cent quarante, en Californie, à Berkeley, deux chercheurs, Edwin McMillan et Philip Abelson, réussissent enfin à créer proprement l'élément quatre-vingt-treize. Le premier élément au-delà de l'uranium. Le premier transuranien. Le premier numéro que la nature, sur Terre, ne porte pratiquement pas.

Et pour le nommer, ils ont une idée élégante. L'uranium, te souviens-tu, avait été nommé d'après une planète, la planète Uranus, découverte peu avant. McMillan et Abelson décident de continuer le système solaire. Après Uranus, dans le ciel, vient la planète Neptune. Alors l'élément quatre-vingt-treize s'appellera le neptunium.

Et la logique se poursuit aussitôt. Dès l'année suivante, mille neuf cent quarante et un, une équipe dirigée par un jeune chimiste nommé Glenn Seaborg crée l'élément quatre-vingt-quatorze. Et après Neptune, la planète suivante, à l'époque, c'était Pluton. L'élément quatre-vingt-quatorze sera donc le plutonium. Neptunium, plutonium : les noms eux-mêmes racontent qu'on s'enfonce dans un territoire nouveau, comme on explore les confins du système solaire.

Mais le plutonium n'est pas un élément comme les autres, et son destin va être terrible. Car le plutonium, on s'en aperçoit vite, a la même propriété redoutable que l'uranium le plus rare : il est fissile. Son noyau peut se casser et libérer l'énergie de la fission. Autrement dit, le plutonium peut servir à fabriquer une bombe atomique. Et il a un avantage, du point de vue militaire : on peut le produire dans des réacteurs nucléaires, en quantité, à partir d'uranium ordinaire.

C'est ce qui se passe pendant la Seconde Guerre mondiale, au sein du projet Manhattan, l'immense programme secret américain. On construit des réacteurs entiers dans le seul but de fabriquer du plutonium. Et la bombe atomique qui a détruit la ville de Nagasaki, en août mille neuf cent quarante-cinq, était une bombe au plutonium. Cet élément, qui n'existait pour ainsi dire pas sur Terre quelques années plus tôt, qui avait été créé atome par atome dans un laboratoire, est devenu, en l'espace de quatre ans, l'une des forces les plus destructrices que l'humanité ait jamais maniées.

Arrête-toi un instant sur ce vertige. On a commencé notre histoire avec l'or ramassé dans les rivières, un métal si inerte, si paisible, qu'il traversait les millénaires sans changer. Et voilà qu'on arrive à un élément que l'homme fabrique lui-même, qui n'a presque pas d'existence naturelle, et dont la création va peser sur le destin politique du monde entier, sur la guerre, sur la paix, sur la dissuasion nucléaire qui structure encore les relations entre les grandes puissances aujourd'hui. Les éléments synthétiques ne sont pas une curiosité de laboratoire. Ils sont entrés de plain-pied dans l'Histoire, avec un grand H.

Il faut aussi le dire : tout n'est pas sombre. Le plutonium sert aussi à des usages pacifiques remarquables. C'est lui, par exemple, qui fournit l'énergie de certaines sondes spatiales lointaines, celles qui voyagent trop loin du Soleil pour utiliser des panneaux solaires. Des sondes qui ont exploré les confins du système solaire sont alimentées par la chaleur du plutonium. L'élément nommé d'après Pluton va, littéralement, visiter Pluton.

Voilà donc franchie la grande frontière de l'uranium. Au-delà du quatre-vingt-douze, le tableau s'ouvre sur un territoire entièrement artificiel. Et l'homme qui a créé le plutonium, Glenn Seaborg, ne va pas s'arrêter à un seul élément. Il va en créer toute une série, et il va même, chose inouïe, redessiner la forme du tableau périodique lui-même. C'est la prochaine note.

Après les actinides de Seaborg, la fabrication des éléments continue, mais elle change complètement de nature. On entre dans le monde des éléments superlourds, et c'est sans doute le chapitre le plus étrange de toute notre histoire. Des éléments qui n'existent que pendant une fraction de seconde, et dont la création est devenue une course entre les grandes puissances de la planète.

D'abord, la difficulté technique. Pour créer le neptunium ou le plutonium, on bombardait l'uranium avec de petits neutrons, et l'uranium grimpait d'un cran. Mais pour atteindre des éléments beaucoup plus lourds, au-delà du numéro cent, cette méthode ne suffit plus. Il faut faire bien plus violent. Il faut prendre deux noyaux atomiques lourds, les lancer l'un contre l'autre à très grande vitesse dans d'immenses accélérateurs de particules, et espérer que, dans le choc, les deux noyaux fusionnent en un seul, plus gros. On additionne les protons de l'un et de l'autre pour créer un élément neuf.

Le problème, c'est que cette fusion est d'une rareté inouïe. On lance les noyaux par milliards de milliards, et il faut parfois des semaines, voire des mois de bombardement continu, pour obtenir un seul atome de l'élément recherché. Un seul. Et cet atome unique, à peine né, se désintègre presque aussitôt.

Car voici la deuxième difficulté, encore plus profonde. Ces éléments superlourds sont d'une instabilité extrême. Plus un noyau est gros, plus il est fragile, plus il a tendance à se briser. Les éléments les plus lourds qu'on ait fabriqués n'existent qu'une fraction de seconde : quelques millisecondes, parfois moins. On ne les voit jamais. On ne les touche jamais. On n'en a jamais assez pour en voir la couleur ou en mesurer la texture. Tout ce qu'on observe, c'est la trace de leur désintégration : la petite cascade de particules qu'ils émettent en se cassant, juste après leur naissance. On déduit qu'un élément a existé à partir des débris qu'il laisse en mourant. Un élément superlourd, ce n'est plus un matériau, c'est presque un événement : un éclair, une trace, un fait fugitif.

Et autour de cette quête s'est nouée une véritable rivalité internationale. Pendant la seconde moitié du vingtième siècle, en pleine Guerre froide, trois grands laboratoires se sont lancés dans la course. Aux États-Unis, le laboratoire de Berkeley, en Californie, l'équipe héritière de Seaborg. En Union soviétique, puis en Russie, l'institut de Doubna, près de Moscou. Et en Allemagne, un grand centre de recherche situé à Darmstadt. Chacun voulait être le premier à créer le prochain élément, à inscrire son numéro dans le tableau, et surtout à obtenir le droit de le nommer.

Cette rivalité a même provoqué de véritables querelles, parfois âpres, sur la priorité des découvertes et sur les noms à donner. Qui avait créé tel élément en premier ? Quel nom retenir, l'américain ou le soviétique ? Il a fallu qu'un organisme international arbitre patiemment ces conflits, élément par élément.

Et ces noms, justement, racontent toute cette histoire. Écoute-les. Le rutherfordium, pour le physicien Rutherford. Le dubnium, pour la ville russe de Doubna. Le seaborgium, pour Seaborg. Le darmstadtium, pour la ville allemande de Darmstadt. Le copernicium, pour l'astronome Copernic. Et plus on monte, plus la géographie du monde s'inscrit dans le tableau. Le moscovium, pour Moscou. Le flérovium, pour un physicien soviétique. La tennessine, pour l'État américain du Tennessee. Le nihonium, dont le nom vient de Nihon, c'est-à-dire le Japon : c'est le premier élément découvert en Asie, par un laboratoire japonais, et son nom le proclame fièrement.

Et le tout dernier de la liste officielle, l'élément numéro cent dix-huit, porte le nom d'oganesson. Il honore un physicien russe, Iouri Oganessian, l'un des grands maîtres de cette discipline. Et c'est seulement la deuxième fois dans l'histoire, après Seaborg, qu'un élément a été nommé d'après une personne encore vivante.

En deux mille seize, un événement discret mais considérable a eu lieu. Avec l'oganesson et ses voisins immédiats, la septième ligne du tableau périodique a été officiellement déclarée complète. Toutes les cases, de la première à la cent dix-huitième, étaient remplies. Le tableau que tu vois aujourd'hui dans les salles de classe, ces sept lignes pleines, est le résultat final de cette longue course.

Réfléchis au chemin parcouru. On a commencé cette histoire avec l'or des pharaons, un métal qu'on ramassait dans les rivières et qui durait des millénaires sans changer. On la termine avec l'oganesson : un élément dont on n'a jamais produit que quelques atomes, qui n'a vécu que des fractions de milliseconde, et qu'on n'a jamais vu autrement que par la trace de sa propre disparition. Entre les deux, il y a toute l'aventure de la matière, et toute l'aventure de l'intelligence humaine qui a appris à la lire, puis à l'écrire.

Il reste une dernière question, et c'est celle de la note finale. Le tableau s'arrête-t-il à cent dix-huit ? Peut-on continuer indéfiniment ? Y a-t-il une limite à la matière ? Et au fond, ces éléments qu'on fabrique pour un instant, est-ce qu'on les découvre, ou est-ce qu'on les invente ? C'est par là qu'on va clore notre voyage.