Le côté français du tableau

Si Lavoisier a posé le langage de la chimie, Claude-Louis Berthollet a posé une partie de ses lois. C'est l'un des grands chimistes de la génération qui suit immédiatement la nomenclature de mille sept cent quatre-vingt-sept, et l'un des rares à survivre à la Terreur sans dommage majeur. Sa vie traverse trois régimes — la monarchie, la Révolution, l'Empire — et il participe à tous, avec une diplomatie qui en dit long sur sa souplesse politique. Mais c'est sa chimie qui nous intéresse ici, et elle est de tout premier rang.

Berthollet est né en mille sept cent quarante-huit en Savoie, qui à l'époque n'était pas encore française. Il fait des études de médecine, monte à Paris, et bascule rapidement vers la chimie, sous l'influence de Lavoisier dont il devient l'un des collaborateurs les plus proches. C'est l'un des quatre signataires de la Méthode de nomenclature chimique. Quand Lavoisier est arrêté en mille sept cent quatre-vingt-treize, Berthollet, par chance ou par habileté politique, échappe à la guillotine. Il continue d'enseigner, de chercher, de publier.

Sous Bonaparte, il devient une figure majeure de la science française. Il accompagne le général en Égypte, en mille sept cent quatre-vingt-dix-huit, dans cette expédition scientifico-militaire qui ramènera entre autres la pierre de Rosette. Il fonde, en mille huit cent sept, dans sa propriété d'Arcueil, au sud de Paris, la fameuse Société d'Arcueil, un cercle scientifique informel mais influent, où se réunissent les plus brillants esprits de la chimie et de la physique françaises de l'époque. Gay-Lussac, Laplace, Biot, Humboldt, tous ont fréquenté la maison de Berthollet.

Sa contribution à la chimie est multiple. Trois apports méritent d'être retenus, parce qu'ils ont compté pour la suite.

Le premier, c'est la découverte d'un usage pratique du chlore. Le chlore venait juste d'être isolé par Davy, peu de temps après, et Berthollet en cherche les propriétés. Il constate que ce gaz a un pouvoir décolorant remarquable. Quand on le fait passer dans une cuve de toiles teintes, il en arrache la couleur. Quand on le mélange à de l'eau et à du carbonate de soude, on obtient une solution qui blanchit les tissus et désinfecte. C'est l'eau de Javel, du nom du quartier parisien où Berthollet l'a mise au point industriellement, à la manufacture qu'il dirige. L'eau de Javel va révolutionner le blanchiment des textiles dans toute l'Europe, libérant des milliers d'ouvriers du long et pénible processus du blanchiment au pré, qui consistait à étendre les toiles au soleil pendant des semaines. Et plus tard, au dix-neuvième siècle, ses propriétés désinfectantes en feront un outil sanitaire de premier plan, qui contribuera à faire reculer le choléra et la typhoïde dans les villes.

Le deuxième apport, plus théorique, concerne la composition de l'ammoniac. Berthollet démontre, par des expériences précises, que ce gaz est composé exclusivement d'azote et d'hydrogène, dans des proportions définies. C'est une preuve directe de la nature composée d'une substance qu'on connaissait depuis longtemps mais qu'on ne savait pas analyser. L'ammoniac entrera ainsi dans la grille des composés bien identifiés, et son rôle deviendra immense au vingtième siècle, quand le procédé Haber-Bosch synthétisera l'ammoniac à grande échelle pour fabriquer des engrais.

Le troisième apport est plus subtil, et c'est peut-être le plus profond. Berthollet, dans son grand traité Essai de statique chimique publié en mille huit cent trois, propose une théorie des affinités chimiques. L'idée centrale est que les réactions chimiques ne sont pas commandées uniquement par des préférences absolues entre substances, comme on le croyait à l'époque, mais aussi par les quantités présentes. Une réaction peut s'inverser si les conditions changent. Cette intuition annonce, avec un demi-siècle d'avance, ce que Le Chatelier et Guldberg-Waage formaliseront comme la loi d'action de masse et l'équilibre chimique. Berthollet avait deviné juste, même si ses formulations restaient qualitatives.

C'est aussi à propos des proportions chimiques que Berthollet est entré dans une controverse célèbre avec un autre grand chimiste français, Joseph-Louis Proust. Proust soutenait que les composés chimiques ont toujours des compositions définies, des proportions fixes : par exemple, l'oxyde de cuivre contient toujours exactement la même proportion de cuivre et d'oxygène. Berthollet soutenait, au contraire, qu'il pouvait y avoir des composés à composition variable, en fonction des quantités utilisées. La controverse a duré une dizaine d'années. À la fin, c'est Proust qui a eu raison sur l'essentiel : les composés chimiques bien définis ont effectivement des proportions fixes, ce qu'on appelle la loi des proportions définies. Mais Berthollet a eu raison sur un point que la chimie redécouvrira deux siècles plus tard : il existe des composés à composition variable, qu'on appellera précisément, en son honneur, les berthollides. Les solutions solides, les composés non stœchiométriques, certains alliages métalliques, suivent en effet une loi à la Berthollet plutôt qu'une loi à la Proust.

L'erreur féconde de Berthollet, c'est cela. Il avait tort dans le détail mais raison dans la pressentir générale d'une chimie qui n'est pas toujours arithmétique. Le mot berthollide est resté pour désigner cette famille de composés.

Politiquement, Berthollet est un homme habile. Il a survécu à la Terreur, il a prospéré sous l'Empire, il a continué d'enseigner et de chercher sous la Restauration. Il meurt en mille huit cent vingt-deux, comblé d'honneurs, et il laisse derrière lui une lignée d'élèves qui vont dominer la chimie française jusqu'au milieu du dix-neuvième siècle.

C'est l'un d'eux, Louis-Nicolas Vauquelin, qui occupera la prochaine note. Vauquelin était fils de paysans normands, devenu apprenti pharmacien, puis grand chimiste. Et c'est lui qui a découvert, à la fin du dix-huitième siècle, deux nouveaux éléments d'importance : le chrome et le béryllium.

Cette note revient sur un personnage déjà rencontré dans la première saison, mais elle l'aborde sous un angle différent. Bernard Courtois, le découvreur de l'iode, est l'archétype du chimiste français du début du dix-neuvième siècle, celui qui n'est pas universitaire, qui n'est pas même savant au sens académique, mais qui travaille dans la chimie industrielle de son temps et tombe sur une découverte majeure par les mains, par l'œil, par l'attention.

Rappelons brièvement le contexte. Nous sommes en mille huit cent onze, à Dijon. La France de Napoléon est en guerre. Les canons consomment d'énormes quantités de poudre noire. La poudre, c'est un mélange de salpêtre, de soufre et de charbon. Le salpêtre, c'est l'ingrédient stratégique. Et le salpêtre, on en fabrique à partir des cendres d'algues marines, le varech, qu'on récolte sur les côtes de Bretagne et de Normandie. Brûler les algues, traiter les cendres, en extraire les nitrates : c'est une industrie en pleine expansion, dont la guerre soutient la demande.

Bernard Courtois est salpêtrier, comme son père. Il a son atelier à Dijon. Tous les jours, il manipule des tonnes de cendres, il les traite avec divers acides, il en récupère les composants utiles. Un travail méthodique, répétitif, technique, sans prestige académique.

Et un jour, en nettoyant ses cuves, il ajoute peut-être un peu trop d'acide sulfurique sur les résidus. De ces résidus monte une vapeur violette intense, magnifique, qui se condense en se figeant directement en cristaux sombres, presque noirs, à l'éclat métallique. La condensation se fait sans passer par l'état liquide. C'est cette particularité physique qu'on appelle la sublimation, et qui rend ce phénomène encore plus spectaculaire à l'œil.

Courtois est un technicien. Il sait que ce qu'il voit n'a rien à voir avec ce qu'il connaît. Il prend des notes, il garde des échantillons. Mais il n'a ni le temps, ni les moyens, ni la formation pour aller jusqu'à la caractérisation d'un nouvel élément. Il en parle à des amis chimistes, il distribue des échantillons, notamment à deux des plus grands chimistes français de l'époque, Joseph Louis Gay-Lussac et Charles-Bernard Désormes.

Gay-Lussac s'empare du sujet. Il reproduit la production, il étudie systématiquement la substance, il en mesure les propriétés. Il publie en mille huit cent treize une étude complète, où il démontre qu'il s'agit bien d'un élément nouveau. Il propose le nom, à partir du grec iôdes qui désigne la couleur violette : iode. Le nom décrit la signature visuelle qui avait frappé Courtois. La couleur de la vapeur devient le nom de l'élément.

Mais Gay-Lussac n'oublie pas qui a fait la découverte. Dans toutes ses publications, il rappelle que c'est Courtois qui a vu le premier, qui a obtenu la substance, qui a recueilli les cristaux. Le tableau récent de l'éducation scientifique aime parfois oublier ces seconds rôles. La chimie française des années dix-huit cent dix avait cette élégance de reconnaître le rôle des techniciens.

Une figure anglaise, Humphry Davy, dont on a parlé dans la saison une à propos des alcalins, est de passage à Paris en mille huit cent treize, malgré la guerre entre la France et l'Angleterre. Davy se procure des échantillons, étudie lui-même l'iode, publie ses propres observations à son retour à Londres. Comme souvent en science, la priorité de la découverte se complique. Courtois a vu le premier. Gay-Lussac a publié le premier l'analyse complète et a proposé le nom. Davy a publié à peu près en même temps que Gay-Lussac. Au final, la communauté retient Courtois comme découvreur, Gay-Lussac comme caractériseur, Davy comme co-auteur de la caractérisation. Trois noms pour un élément, c'est l'ordinaire de la chimie. Personne ne triche, tout le monde a apporté quelque chose.

Ce que cette histoire ajoute, par rapport à ce qu'on disait dans la première saison, c'est le contexte industriel et social de la découverte. La science chimique du début du dix-neuvième siècle n'est pas une affaire purement universitaire. Elle se fait aussi dans les manufactures, dans les ateliers, dans les fabriques où on traite des tonnes de matière brute pour des usages militaires ou commerciaux. Les frontières entre science pure et industrie sont poreuses. Le salpêtre alimente la poudre. Le chrome alimente les pigments. Le sodium alimente la production du verre. Les chimistes français du début du siècle sont à la fois savants, industriels, conseillers d'État. Berthollet dirige une manufacture de blanchiment. Gay-Lussac sera l'un des fondateurs de l'industrie chimique française. Vauquelin enseigne à la Sorbonne tout en étant pharmacien.

Courtois lui-même, après sa découverte, a essayé d'exploiter industriellement la production d'iode. Il a lancé une petite fabrique. Mais sans le sens des affaires des grands industriels parisiens, il a fini par se ruiner. Il est mort en mille huit cent trente-huit dans la pauvreté, presque oublié, alors que sa découverte avait déjà donné lieu à des applications médicales majeures, à commencer par la teinture d'iode, et qu'elle allait, deux décennies plus tard, alimenter les premières recherches sur la thyroïde et la médecine de la goitre.

Le destin de Courtois illustre une chose à laquelle la chimie française a souvent été confrontée : les découvertes faites par des techniciens ne sont pas toujours bien rétribuées par leur propre auteur. La science enrichit, mais la transformation de cette richesse en fortune personnelle demande des compétences différentes. Pasteur, plus tard dans le siècle, saura mieux jouer ce rôle. Beaucoup d'autres, comme Courtois, sont restés dans l'ombre économique tout en ayant donné leur nom à l'histoire des sciences.

La saison continue avec la note suivante, qui raconte une autre belle découverte française du début du dix-neuvième siècle, celle du brome, par un jeune chimiste de Montpellier qui n'avait, lui aussi, que vingt-quatre ans au moment de sa découverte. C'est Antoine-Jérôme Balard.

L'aluminium a déjà eu sa note dans la première saison, mais l'histoire mérite d'être reprise sous l'angle français, parce que le métal le plus précieux du dix-neuvième siècle, pendant une trentaine d'années, a été l'objet d'une véritable obsession nationale. Et le chimiste qui a posé les bases de son extraction industrielle s'appelle Henri Sainte-Claire Deville. Sa vie scientifique est moins flamboyante que celle de Berthollet ou de Vauquelin, mais son obstination méthodique en a fait l'un des piliers de la chimie française du dix-neuvième siècle.

Deville est né en mille huit cent dix-huit, dans l'île de Saint Thomas, dans les Caraïbes danoises, où son père était consul de France. Il fait ses études à Paris, étudie la médecine d'abord, bascule vers la chimie sous l'influence de Thénard et de Dumas, deux des grands chimistes français de la génération précédente. Il enseigne à Besançon, puis à Paris à l'École normale supérieure, où il devient professeur de chimie et restera jusqu'à sa mort.

Ce qui l'intéresse, c'est la haute température, et les méthodes d'extraction des métaux qu'on n'a pas encore réussi à isoler en quantité utile. L'aluminium fait partie de ces métaux. On savait, depuis les travaux du Danois Œrsted en mille huit cent vingt-cinq, qu'on pouvait obtenir l'aluminium en petite quantité, par voie chimique laborieuse, en faisant agir du potassium métallique sur du chlorure d'aluminium. Mais le résultat était cher, impur, et utilisable seulement en quantités microscopiques.

Deville s'attaque au problème dans les années mille huit cent cinquante. Il met au point un procédé amélioré, qui utilise du sodium au lieu du potassium, et qui produit l'aluminium à plus grande échelle. Le procédé reste coûteux, mais il devient industriel. Et c'est là que survient une rencontre qui va donner à l'aluminium une dimension politique.

Napoléon Trois, devenu empereur en mille huit cent cinquante-deux, s'intéresse à cette nouveauté. Il aime les sciences et les techniques. Et il rêve d'équiper son armée d'un métal léger et résistant qui révolutionnerait l'équipement militaire. Cuirasses, casques, gourdes, munitions : tout pourrait être en aluminium, plus léger que le fer ou le cuivre. Napoléon Trois finance Deville. Il met à sa disposition un laboratoire à Javel, près de Paris, et lui demande de produire de l'aluminium en grandes quantités.

Deville livre. L'aluminium, encore très cher, devient le métal de prestige de la cour impériale. C'est lui qui sert pour les couverts des invités d'honneur. C'est lui qu'on offre aux ambassadeurs. C'est lui qui orne le célèbre hochet du prince impérial, fils de Napoléon Trois, fait en aluminium pur. Le métal a un statut social que peu de découvertes scientifiques ont jamais atteint. À cette époque, un kilo d'aluminium vaut plus cher qu'un kilo d'argent.

L'apothéose symbolique vient quand, à l'achèvement du monument de Washington en mille huit cent quatre-vingt-quatre, on choisit de coiffer cet immense obélisque de pierre par une petite pyramide en aluminium. Le métal noble, presque inaccessible. C'était l'équivalent d'aujourd'hui un objet en titane spatial.

Mais cette gloire est brève. Quelques années seulement après la mort de Deville, en mille huit cent quatre-vingt-six, deux jeunes chimistes inventent simultanément un nouveau procédé qui va tout changer. À Pittsburgh, l'Américain Charles Martin Hall. À Gentilly, près de Paris, le Français Paul Héroult. Tous deux ont vingt-deux ans. Tous deux, sans se connaître, à des milliers de kilomètres de distance, mettent au point exactement le même procédé en l'espace de quelques mois. Une électrolyse de l'alumine dissoute dans la cryolithe fondue à mille degrés. Le procédé est efficace, scalable, et il fait s'effondrer le prix de l'aluminium.

Cette simultanéité est l'une des plus extraordinaires coïncidences de l'histoire des sciences. Hall a vingt-deux ans. Héroult a vingt-deux ans. Ils déposent leurs brevets à quelques mois d'intervalle. Ils n'ont jamais communiqué. Et le procédé qu'ils ont inventé porte aujourd'hui leurs deux noms : Hall-Héroult.

En une décennie, l'aluminium passe du statut de métal plus précieux que l'argent à celui de métal banal. La canette de soda, l'aluminium pliable pour la cuisine, le papier d'argent qui n'est pas en argent mais en aluminium, tout devient bon marché. L'élément le plus abondant de la croûte terrestre devient enfin accessible.

Et Sainte-Claire Deville assiste à cette inversion. Son procédé, qu'il avait perfectionné pendant trois décennies, est obsolète en quelques années. Il accepte la chose avec une élégance qu'on lui reconnaît : il félicite publiquement Héroult, il l'accueille à l'Académie des sciences. La science avance, le dépassement de ses propres travaux fait partie du jeu. Deville meurt en mille huit cent quatre-vingt-un, juste avant le bouleversement Hall-Héroult, et il est largement honoré à son enterrement.

Son école laisse des traces. L'École normale supérieure, où il enseignait, devient au tournant du vingtième siècle l'un des grands viviers de la chimie française. Ses élèves et petits-élèves comprennent une lignée qui mène jusqu'à des Nobel ultérieurs.

Et un point qu'il faut mentionner, parce qu'il dit quelque chose des connexions entre les chimistes français de cette époque : Deville était proche de Sainte-Claire, son frère ingénieur, qui a contribué aux procédés. C'est ensemble qu'ils ont mis au point l'extraction à grande échelle. Beaucoup de découvertes du dix-neuvième siècle sont des affaires de famille ou de paires fraternelles, comme on le verra plus loin avec les Curie.

L'aluminium aujourd'hui est partout. Mais l'histoire de sa préciosité éphémère, sa montée et sa chute en l'espace de quarante ans, c'est l'une des belles paraboles de la chimie. La rareté n'est jamais absolue : elle dépend des outils dont on dispose pour extraire. Quand l'outil change, la rareté se déplace. Le titane d'aujourd'hui est un cas similaire ; les terres rares aussi. Demain ce sera peut-être l'hydrogène vert.

La prochaine note s'arrête sur l'une des figures les plus prolifiques de la chimie française de spectroscopie, un homme qui a découvert ou contribué à découvrir trois éléments à lui seul, depuis son laboratoire de Cognac. C'est Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran.

S'il y a un élément dans le tableau périodique qui a fait souffrir ses découvreurs avant de se laisser isoler, c'est le fluor. Cet élément, qui est le plus réactif de tous, attaque tout ce qu'il touche : le verre, l'or, le platine, la peau, les muqueuses. Pendant trois quarts de siècle, de Davy au début du dix-neuvième siècle aux laboratoires européens des années mille huit cent soixante, beaucoup de chimistes avaient tenté de l'isoler. Beaucoup s'étaient empoisonnés. Plusieurs étaient morts. Le fluor avait gagné le surnom funeste d'élément maudit. Et c'est un chimiste français, Henri Moissan, qui a fini par en venir à bout en mille huit cent quatre-vingt-six, par une combinaison de génie technique et de prudence patiente.

Pour comprendre la difficulté, il faut savoir que le fluor existe à l'état naturel dans un minéral très commun, la fluorine, ou fluorite, un cristal cubique souvent violet ou vert, qu'on trouve en abondance dans plusieurs régions du monde. La fluorine est connue depuis l'Antiquité, on l'utilisait notamment pour fluidifier les minerais dans les hauts fourneaux, d'où le nom fluere en latin, qui signifie couler. Mais isoler le fluor lui-même, à l'état pur, était une autre histoire. Le fluor est tellement réactif qu'il attaque immédiatement tous les contenants connus, et qu'il se recombine instantanément avec presque n'importe quel autre élément qu'il rencontre.

Davy avait essayé. Il avait dû renoncer après s'être empoisonné gravement. Le chimiste irlandais Knox était mort en tentant de l'isoler. Le chimiste belge Louyet, idem. Le Français Edmond Frémy, professeur à Polytechnique, avait passé une grande partie de sa carrière sur le problème, sans succès. À la fin du dix-neuvième siècle, isoler le fluor était devenu une sorte de défi mortel, qui décourageait les esprits prudents.

Henri Moissan, lui, est un esprit méthodique et obstiné. Né en mille huit cent cinquante-deux à Paris, fils d'un employé du chemin de fer, il commence sa carrière comme préparateur en pharmacie, puis comme assistant dans divers laboratoires. Il enseigne à l'École supérieure de pharmacie de Paris, ce qui ne le destine pas, en principe, aux grandes découvertes. Mais il a une obsession patiente, qui le pousse à reprendre les recherches abandonnées par d'autres.

Il s'attaque au fluor au début des années mille huit cent quatre-vingts. Et il comprend assez vite ce qui a fait échouer ses prédécesseurs. Ils essayaient de procéder par voie chimique classique, en faisant réagir des composés à température ambiante ou modérément chauffée. Le fluor, libéré, attaquait les parois du dispositif, s'échappait, ou se recombinait. Moissan se dit qu'il faut essayer la voie électrochimique, comme Davy l'avait fait pour les alcalins, mais à très basse température pour limiter la réactivité.

Il met au point un dispositif extraordinairement astucieux. Il refroidit l'électrolyte à moins cinquante degrés Celsius, en utilisant un mélange de glace et de chlorure de calcium. Il choisit comme électrolyte une solution de fluorure de potassium dans l'acide fluorhydrique anhydre, c'est-à-dire dans l'acide fluorhydrique pur, sans eau. Il fabrique son appareil non pas en verre, qui serait immédiatement attaqué, mais en platine, et il isole l'électrolyte des parois métalliques par un agencement particulier qui réduit l'attaque. Tout cela demande des mois de mise au point, des dizaines d'essais, des dizaines d'échecs.

Le vingt-six juin mille huit cent quatre-vingt-six, ça marche. À l'une des électrodes, un gaz pâle, légèrement jaune verdâtre, se dégage. Moissan en recueille une petite quantité, le caractérise sommairement. Il vérifie qu'il a bien isolé le fluor à l'état pur. C'est la première fois dans l'histoire qu'un être humain tient un échantillon de fluor sans s'empoisonner immédiatement. Sept décennies de tentatives manquées s'achèvent ce jour-là dans un laboratoire de la rue Saint-Médard à Paris.

Moissan annonce sa découverte à l'Académie des sciences. Le succès est colossal. Pour la première fois, un élément réputé inisolable est venu se laisser tenir. La méthode de Moissan, électrolyse à basse température en milieu fluorhydrique, est encore aujourd'hui la base de toute production industrielle de fluor dans le monde.

Mais Moissan ne s'arrête pas au fluor. Il invente, à la même époque, un autre instrument qui va lui donner accès à toute une chimie nouvelle : le four électrique à arc. C'est un dispositif où un arc électrique passe entre deux électrodes en carbone et atteint des températures de l'ordre de trois mille degrés Celsius, ce qui était auparavant inaccessible. Avec ce four, Moissan synthétise des composés qu'on n'avait jamais pu fabriquer, isole des métaux qu'on n'avait jamais pu réduire, et entre dans l'histoire de la chimie des hautes températures. Le four de Moissan reste, lui aussi, un outil de référence pendant des décennies.

L'épisode le plus pittoresque de sa carrière, c'est sa tentative de fabriquer des diamants synthétiques. Moissan, fasciné par la chimie du carbone à haute température, se met en tête de reproduire les conditions de pression et de température sous lesquelles se forment les diamants naturels dans le manteau terrestre. Il développe un appareil où il dissout du carbone dans du fer fondu, puis refroidit brutalement en plongeant le creuset dans l'eau. La théorie est que la contraction de la coque de fer durcie comprime le cœur encore liquide et y forme des diamants. Moissan annonce, en mille huit cent quatre-vingt-treize, avoir produit des diamants synthétiques. La communauté scientifique exulte. Mais on s'aperçoit plus tard, après sa mort, que ses échantillons contenaient bien quelques minuscules cristaux durs, mais qu'il s'agissait probablement non pas de diamants, mais de carbure de silicium, ou même de fragments de meule d'émeri ajoutés à son insu par un assistant farceur. Cette histoire reste l'une des plus charmantes anecdotes de la chimie française.

Pour ses travaux sur le fluor et sur le four électrique, Moissan reçoit le prix Nobel de chimie en mille neuf cent six. Il meurt malheureusement peu de temps après, en mille neuf cent sept, à seulement cinquante-quatre ans. Son décès est probablement lié, au moins en partie, à l'exposition longue au fluor et à divers composés toxiques qu'il avait manipulés pendant des décennies. Comme les Curie pour le radium, Moissan a sans doute payé de sa santé l'apprivoisement d'une matière dangereuse.

Le fluor d'aujourd'hui est partout. Dans le dentifrice, sous forme de fluorure, pour la prévention des caries. Dans le Téflon, le polytétrafluoréthylène, qui équipe nos poêles antiadhésives et les tubes de plomberie résistante aux acides. Dans les fluides frigorigènes, certains pour le meilleur, certains pour le pire écologiquement. Dans l'hexafluorure d'uranium, utilisé pour l'enrichissement de l'uranium nucléaire. Dans des centaines de médicaments fluorés, dont le Prozac. Le fluor a colonisé notre quotidien, et toute cette chaîne d'usages industriels commence dans le laboratoire de Moissan, en juin mille huit cent quatre-vingt-six.

La prochaine note revient à Paris, pour raconter une découverte involontaire, presque accidentelle, qui va ouvrir un chapitre entièrement nouveau de la physique et de la chimie : celle des rayonnements spontanés émis par certains éléments. Cet épisode est l'œuvre d'Henri Becquerel.

Le couple Curie a déjà été évoqué dans la première saison, à propos de la découverte du polonium et du radium. Cette note les reprend sous un angle complémentaire, celui de leur insertion dans la chimie française. Parce que Marie Curie, malgré son origine polonaise, est devenue l'une des figures les plus emblématiques de la science française du tournant du vingtième siècle. Et que Pierre, son mari, parisien de naissance, a apporté à leur travail commun l'enracinement institutionnel qui leur a permis de transformer une intuition en programme de recherche durable.

Pierre Curie est né en mille huit cent cinquante-neuf à Paris, dans une famille de médecins libres-penseurs. Pas d'études secondaires classiques : son père l'instruit lui-même à la maison, par méfiance à l'égard du conformisme des lycées de l'époque. Pierre passe directement le baccalauréat à seize ans, puis sa licence de sciences à dix-huit ans. Très jeune chercheur, il travaille à la Sorbonne avec son frère Jacques sur la piézoélectricité, ce phénomène par lequel certains cristaux, comme le quartz, produisent une tension électrique quand on les comprime. La balance de quartz piézoélectrique qu'ils mettent au point sera, plus tard, un instrument crucial pour mesurer les très faibles courants de la radioactivité.

Maria Sklodowska, future Marie Curie, est née en mille huit cent soixante-sept à Varsovie, dans une Pologne qui n'existe plus officiellement, partagée entre la Russie, la Prusse et l'Autriche. Famille d'enseignants, modeste mais cultivée. Maria, brillante élève, ne peut pas accéder à l'université en Russie tsariste, qui ferme ses portes aux femmes. Elle économise pendant des années, donne des cours particuliers, attend que sa sœur aînée Bronia, étudiante en médecine à Paris, ait fini ses études. Puis Bronia l'invite, et Maria arrive à Paris en mille huit cent quatre-vingt-onze, avec très peu d'argent, et s'inscrit à la Sorbonne sous le nom francisé de Marie.

Elle vit dans un grenier mansardé, sans chauffage en hiver, à manger des oranges et du pain quand elle a faim. Elle obtient sa licence de physique première de promotion en mille huit cent quatre-vingt-treize, sa licence de mathématiques deuxième de promotion en mille huit cent quatre-vingt-quatorze. Elle rencontre Pierre Curie cette année-là, par l'intermédiaire d'un ami commun qui pense qu'ils pourraient s'intéresser à la même physique. Ils se reconnaissent immédiatement. Ils se marient en juillet mille huit cent quatre-vingt-quinze, dans une cérémonie civile dépouillée. Marie n'a pas de robe blanche : elle achète une robe sombre qu'elle pourra ensuite porter au laboratoire.

C'est dans ce contexte que Marie cherche, fin mille huit cent quatre-vingt-sept, un sujet pour sa thèse de doctorat. Les rayonnements bizarres de Becquerel, que personne ne prend très au sérieux, lui paraissent un terrain inexploité. Elle décide de mesurer systématiquement la radioactivité de toutes sortes de substances pour voir si l'uranium est seul à émettre ces rayonnements, ou s'il y a d'autres éléments qui en font autant.

Sa première découverte, c'est que oui, le thorium aussi est radioactif. Donc le phénomène n'est pas une particularité de l'uranium, c'est une propriété atomique plus large. Et elle forge un mot pour désigner cette propriété : la radioactivité. Le mot est sa création. Tous les manuels du monde, dans toutes les langues, l'emploient aujourd'hui dans la forme qu'elle a fixée.

Puis vient l'observation décisive. Marie mesure aussi la pechblende, un minerai d'uranium naturel. Et la pechblende, anormalement, est plusieurs fois plus radioactive que ne le justifie sa teneur en uranium. Si on calcule la quantité d'uranium qu'elle contient et qu'on en déduit le rayonnement attendu, le compteur indique beaucoup plus. Conclusion qui suppose une audace immense : il doit y avoir, dans la pechblende, d'autres substances inconnues, en très petite quantité, mais bien plus radioactives que l'uranium lui-même.

Marie et Pierre s'engagent ensemble dans la recherche de ces substances. Et là commence le travail de bête de somme qui a fait leur légende. Ils obtiennent, par l'Université, un hangar désaffecté de l'École de physique et chimie industrielles, rue Lhomond à Paris. Le hangar est mal chauffé, fuit sous la pluie, et a un sol en terre battue. C'est leur laboratoire pendant des années.

Ils achètent des tonnes de résidus de pechblende, obtenus à très bas prix d'une mine d'Autriche-Hongrie qui les abandonnait comme déchets après en avoir extrait l'uranium. Marie les traite, les uns après les autres, par des opérations chimiques en grande quantité. Elle remue à la main, avec une tige de fer presque aussi grande qu'elle, des cuves bouillantes pendant des heures. Elle décompose, précipite, sépare, mesure la radioactivité après chaque étape pour suivre où se concentrent les substances cherchées.

En juillet mille huit cent quatre-vingt-dix-huit, elle annonce une première découverte. Un nouvel élément, qu'elle nomme polonium, du nom de sa patrie effacée des cartes. C'est, on l'a dit dans la première saison, un geste politique autant que scientifique. Une Pologne qui n'existe plus officiellement existe désormais dans le tableau périodique.

En décembre de la même année, deuxième découverte. Un autre élément, encore plus radioactif que le polonium, qui rayonne tellement qu'il fait luire faiblement les solutions dans l'obscurité. Ils le nomment radium, le rayonnant.

Mais l'identification chimique ne suffit pas. Pour convaincre, il faut isoler le radium en quantité visible, pure. Et là, c'est quatre années supplémentaires de travail acharné. Marie traite à la main, avec Pierre, des tonnes de pechblende, fait des milliers de cristallisations fractionnées. Au bout de ce travail, en mille neuf cent deux, ils obtiennent un décigramme de chlorure de radium pur. Un dixième de gramme. Une quantité minuscule arrachée à plusieurs tonnes de minerai.

Cette quantité suffit pour mesurer la masse atomique du radium, et pour démontrer définitivement qu'il s'agit d'un élément nouveau, distinct de tous ceux du tableau. Il prend sa place, vers la fin de la série des alcalino-terreux, juste sous le baryum.

Le prix Nobel de physique mille neuf cent trois récompense Becquerel et les deux Curie. C'est le premier Nobel pour une femme. Marie Curie devient une figure mondiale. Pierre est nommé professeur à la Sorbonne. Mais il meurt brutalement en mille neuf cent six, écrasé par un fiacre rue Dauphine, alors qu'il traversait sous la pluie. Il avait quarante-six ans. C'est la grande tragédie de la vie de Marie.

Marie continue seule. Elle reprend la chaire de Pierre, devenant la première femme professeur à la Sorbonne. Elle obtient un second Nobel, en chimie cette fois, en mille neuf cent onze, pour l'isolement définitif du radium métallique. Personne d'autre, à ce jour, n'a reçu deux prix Nobel dans deux sciences différentes.

Sa fin de vie est marquée par la maladie. Elle meurt en mille neuf cent trente-quatre, à soixante-six ans, d'une leucémie aiguë, presque certainement causée par les décennies d'exposition aux rayonnements qu'elle avait manipulés à mains nues, gardant dans ses tiroirs des fioles luminescentes qu'elle aimait à montrer aux visiteurs. Ses carnets de laboratoire sont encore aujourd'hui si radioactifs qu'on les conserve dans des boîtes plombées, et que la consultation exige une décharge signée.

Le radium et le polonium ne sont pas les seuls éléments de la famille des Curie. Le francium, qu'on verra dans la note 12, a été découvert par une élève de Marie. Et la prochaine note, la onze, raconte la suite immédiate : sa fille Irène et son gendre Frédéric Joliot-Curie, qui en mille neuf cent trente-quatre ont fait une découverte presque aussi importante que celle de Marie et Pierre, celle de la radioactivité artificielle.

L'histoire de Marguerite Perey est l'une des trajectoires les plus extraordinaires de la chimie française du vingtième siècle. Elle commence par un destin contrarié, presque écrasé par les circonstances, et elle se termine par un siège à l'Académie des sciences, plus de trois cents ans après la fondation de cette vénérable institution qui n'avait jamais accueilli une femme. Entre les deux, il y a la découverte d'un élément, le francium, le dernier élément naturel découvert par chimie classique, et une vie consacrée à la science depuis les marges d'une discipline encore majoritairement masculine.

Marguerite Perey est née en mille neuf cent neuf à Villemomble, dans la banlieue parisienne, dans une famille bourgeoise. Son père dirige un moulin, sa mère est femme au foyer. Marguerite, élève brillante, rêve de devenir médecin. À quinze ans, son père meurt, et la famille bascule dans des difficultés financières. Les études de médecine, longues et coûteuses, deviennent inaccessibles. Marguerite doit abandonner ce projet et trouver un métier qui lui permette de gagner sa vie rapidement.

En mille neuf cent vingt-neuf, à vingt ans, elle obtient un diplôme de chimie de l'École technique d'enseignement féminin. Avec ce diplôme modeste, elle passe un concours pour un poste d'assistante au laboratoire de Marie Curie, à l'Institut du radium, rue Pierre et Marie Curie à Paris. Elle est reçue. À vingt ans, elle entre dans le laboratoire le plus prestigieux de la radiochimie mondiale, sous la direction directe de la grande Marie Curie.

Marguerite devient l'assistante personnelle de Marie pour les tâches techniques. Elle prépare les sources de polonium et d'actinium, elle purifie les échantillons, elle assure le suivi des centaines d'expériences en cours. Marie reconnaît rapidement le talent et la rigueur de cette jeune femme, et la prend sous son aile. Quand Marie Curie meurt en mille neuf cent trente-quatre, Marguerite Perey continue sous la direction d'André Debierne, le successeur de Curie à la tête du laboratoire.

Sa spécialité, ce sont les chaînes de désintégration radioactive de l'actinium. L'actinium, élément de numéro atomique quatre-vingt-neuf, est l'un des descendants radioactifs naturels de l'uranium 235, et il se désintègre lui-même en une cascade d'isotopes successifs, chacun ayant ses propres propriétés. Suivre cette cascade demande une chimie analytique d'une finesse extrême, parce que les quantités sont infimes et les demi-vies parfois très courtes.

En mille neuf cent trente-neuf, Marguerite Perey purifie un échantillon d'actinium 227 avec une précision particulièrement grande. Et là, elle remarque quelque chose d'inattendu. Une partie de la radioactivité de son échantillon ne se comporte pas comme l'actinium ni comme aucun de ses descendants connus. Il y a un nouveau radioélément qui se forme spontanément à partir de l'actinium, qu'on n'avait jamais observé jusque-là.

Marguerite caractérise ce nouvel élément avec une rigueur impressionnante. Elle démontre qu'il appartient au groupe des alcalins, c'est-à-dire à la même colonne que le sodium, le potassium, le rubidium et le césium. Sa masse atomique est environ deux cent vingt-trois. Sa demi-vie est très courte, environ vingt-deux minutes. Il se forme par désintégration alpha de l'actinium 227, dans une branche minoritaire qui n'avait pas été repérée par les analyses antérieures.

Pour le nommer, Marguerite choisit un mot qui rend hommage à sa patrie. Elle l'appelle francium, du nom de la France. C'est l'élément quatre-vingt-sept du tableau. Il prend sa place sous le césium, dans la dernière case de la colonne des alcalins. Et il complète l'avant-dernière case naturelle du tableau périodique, juste avant le radium des Curie.

Le francium est, de tous les éléments du tableau, l'un des plus rares dans la nature. On estime que la croûte terrestre entière, à n'importe quel moment, ne contient que quelques dizaines de grammes de francium au total. C'est dire la prouesse de Marguerite : avoir identifié et caractérisé un élément qui n'existe sur Terre que sous forme d'atomes presque comptables un par un, à tout moment.

Le francium est aussi le dernier élément naturel découvert par chimie classique. Après lui, tous les nouveaux éléments du tableau seront fabriqués artificiellement, en accélérateur. Le francium ferme donc une époque, celle de la chasse aux éléments naturels qui avait commencé avec le phosphore de Hennig Brand en mille six cent soixante-neuf. Deux cent soixante-dix ans d'aventure, et le dernier chapitre est écrit par une jeune assistante de l'Institut du radium parisien.

Marguerite Perey, après cette découverte, prépare une thèse de doctorat. Mais sa formation initiale, le simple diplôme d'École technique, ne lui permet pas en principe de présenter une thèse à la Sorbonne. Elle doit obtenir une licence par équivalence, ce qui prend du temps. Elle ne soutient son doctorat qu'en mille neuf cent quarante-six, à trente-sept ans. Sa thèse porte sur la chimie du francium et de l'actinium.

Sa carrière ensuite est honorable. Elle est nommée professeur à l'Université de Strasbourg en mille neuf cent quarante-neuf, où elle dirige un institut de chimie nucléaire. Elle continue à travailler sur les éléments radioactifs et sur leurs propriétés chimiques.

Et le grand honneur arrive en mille neuf cent soixante-deux. L'Académie des sciences de l'Institut de France, fondée en mille six cent soixante-six par Colbert, élit pour la première fois une femme comme membre correspondante. Cette femme, c'est Marguerite Perey. Plus de trois cents ans pour qu'une femme entre à l'Académie. C'est elle qui ouvre la voie.

Marguerite Perey paie comme tant d'autres de cette époque le prix de la radioactivité. Elle développe un cancer des os, sans doute lié à ses décennies d'exposition. Elle meurt en mille neuf cent soixante-quinze, à soixante-cinq ans. Comme Marie Curie, comme Irène Joliot-Curie, comme Frédéric Joliot-Curie, comme Henri Becquerel, comme Henri Moissan : tous ces grands chimistes français qui ont apprivoisé des substances dangereuses ont payé leur découverte de leur santé.

Avec Marguerite Perey s'achève la grande lignée de la radiochimie française du vingtième siècle. Trois générations de Curie, plus une élève qui a porté l'œuvre encore plus loin. Une école entière, française par ses institutions et par ses noms, internationale par ses origines et par ses applications, qui a peuplé de plusieurs éléments le tableau périodique et qui a, surtout, donné à la chimie radioactive une bonne partie de ses fondements.

La dernière note de cette saison, la treize, propose une synthèse. Pourquoi la France a-t-elle tant produit de chimistes et d'éléments découverts ? Quelles institutions, quelles traditions, quelles particularités culturelles ont rendu possible cette longue chaîne ? Et que reste-t-il aujourd'hui de l'école française de chimie ?