LAVOISIER Une révolution scientifique? - CHUPS Jussieu

LAVOISIER

Une révolution scientifique?

Un homme de son temps
•   Une formation classique
•   Un amateur puis un professionnel de la science
•   Une carrière de grand serviteur
•   Un gestionnaire
•   Un membre des lumières
•   Un homme de la révolution
•   Une chute politique

La chimie avant LAVOISIER

• La chimie du siècle des lumières était déjà
  une discipline académique et organisée, à la
  fois dans les techniques expérimentales et
  l’élaboration théorique.
• La chimie qu’on enseignait à Paris vers 1760,
  quand Lavoisier fit ses études, était un
  système de connaissances cohérent, très
  distant de la tradition alchimique.

Le cours de Guillaume - François Rouelle
au Jardin du Roy s’inspirait de la doctrine
de Ernst-Georg Stahl (1660 - 1734) qui
interprétait un grand nombre de réactions
connues à l’époque, avec des éléments-
principes.

• La terre

• L’eau

• L’air

• Le feu

Dans le cours de Rouelle, chaque élément principe
(terre, air, eau et feu ou phlogistique) a deux
fonctions :

constituant des mixtes ou corps composés
et
agent ou instrument, de réactions, par les propriétés qu’ils
véhiculent

La combustion ou la calcination
libère le phlogistique principe subtil
et inflammable contenu dans le
matériau

• Le phlogistique est cette matière très
  subtile qui s’échappe lors de la
  combustion du charbon ou de la
  combustion des métaux.

• Le chimiste STAHL l’assimile au feu,
  cet esprit sans poids qui s’échappe lors
  de la combustion.

THEORIE DU PHLOGISTIQUE

• Tentative pour délimiter le territoire propre
  des interactions chimiques face à la
  mécanique newtonienne

• Un concept central, celui de mixte :
  Les réactions de certains corps entre eux
  peuvent créer par des actions autres que
  mécaniques des composés ayant des
  propriétés différentes de celles de leurs
  composants

La théorie expliquait en particulier la
combustion et surtout la relation entre deux
opérations qui jouent un rôle fondamental
dans le développement des mines et de la
métallurgie au XVIIIème siècle :
la calcination (oxydation) et la réduction des
métaux.

une livre de plomb ⇒ une livre et un peu plus de
                    Litharge

           Sans rien d’autre que le feu

• Les métaux se calcinent par analogie de la
  transformation de la craie en chaux

Le phlogistique présentait cependant une
difficulté : si la calcination libère le
phlogistique contenu dans le métal,
comment expliquer que le métal calciné
pèse plus lourd qu’au départ ?

Deux possibilités :

• L’augmentation de poids est due à l’air,
  plus lourd qui le remplace.

• Le phlogistique a un poids négatif

Au temps de Stahl la chimie est donc bien:

• Une science constituée

• Un corps de doctrine

• Un champ expérimental

• Un paradigme réfutable

L’aporie
• Une contradiction philosophique ou logique sans solution
  dans le cadre de la pensée légitime ou acceptée
• En science l’aporie conduit à l’hypothèse ad-hoc puis
  nécessairement au changement du paradigme c’est à dire
  de la théorie dominante
• Le changement se fait d’abord par la théorie et non pas par
  les faits
• Les faits ne sont têtus que s’ils ne rentre pas dans le cadre
  préliminaire de la théorie

Schéma théorique d’une
    Révolution scientifique

• L’obstacle du paradigme régnant
• Une crise entre deux paradigmes
  affirmés
• Le remplacement du paradigme régnant
  par le nouveau paradigme

C’est le problème de l’augmentation du
poids qui a semé les premiers doutes
sur le phlogistique dans l’esprit de
Lavoisier en 1772.

En effectuant une calcination de l’étain dans une
cornue scellée, en pesant méticuleusement avant
et après l’expérience, chaque pièce du montage
et l’ensemble, il a établi que l’augmentation de
poids du métal calciné se faisait au détriment
d’une partie de l’air contenu dans la cornue.

• Peu importe que l’on pèse, encore faut-
  il savoir pourquoi l’on pèse
• La réponse à cette question
  déterminera ce que l’on pèse

Claude Bourdellin (1621-1699) a consigné
de1672 à 1699 les résultats de deux milles
pesées, oeufs d’autruche, eau du péricarde
d’un éléphant mort à Versailles, cervelle et
chair d’une femme suppliciée, deux mille
eaux minérales.
Il n’en est resté que le poids de papier du
registre correspondant

L’école iatrophysique

Descartes, Borelli, Perrault
 voulait résoudre les questions
 biologiques par les méthodes
 quantitatives mais sans théorie
 préliminaire

Faire des bilans
•   Qu’il s’agisse d’agriculture
•   De finances
•   De chimie
•   Donc de la calcination des métaux

« L’existence de la matière du feu, du
  phlogistique dans les métaux, le soufre etc,
  n’est réellement qu’une hypothèse, une
  supposition qui une fois admise explique il est
  vrai quelques uns des phénomènes de la
  calcination et de la combustion…mais si je
  fais voir que ces mêmes phénomènes
  peuvent s’expliquer d’une manière tout aussi
  naturelle dans l’hypothèse opposée, c’est à
  dire sans supposer qu’il existe du
  phlogistique dans les matières appelées
  combustibles le système de Stahl en est
  ébranlé »

Le principe du rasoir d’Occam
• L’explication la plus simple doit toujours
  être préférée.

• Le métal devient un corps simple, l’air
  un corps composé qui se recombine
  grâce à la chaleur

Cette augmentation de poids vient
d’une quantité prodigieuse de l’air qui
se fixe pendant la combustion et se
combine avec les vapeurs
Novembre 1772

L’absorption est assez exactement
proportionnelle à l’augmentation de
poids de la chaux métallique

Au moment où Lavoisier apprend les
sciences, la chimie est en pleine
mutation car les gaz font leur entrée
dans les laboratoires.

Depuis Boyle au XVIIème siècle, on
connaissait les propriétés mécaniques de
l’air et son élasticité, mais les chimistes ne
lui prêtaient aucun rôle.

Vers 1760, au contraire, les chimistes anglais
prennent grand soin de recueillir les gaz
dégagés par les réactions chimiques, et Joseph
Black peut isoler et identifier «l’air fixe»
(dioxyde de carbone) dégagé des terres
calcaires attaquées par l’acide et produit par la
respiration d’un animal.
En 1766, Henry Cavendish isole l’air
inflammable (notre hydrogène) et Joseph
Priestley identifie une douzaine de gaz dont
l’azote qu’il appelle «air phlogistiqué» et
l’oxygène, qu’il appelle «air déphlogistiqué».

Dans cette doctrine des éléments, le
phlogistique, invisible et toujours caché,
acquiert même une réalité observable
quand on l’identifie à «l’air inflammable»
de Cavendish.

• Lavoisier fait un usage opératoire du
  principe de conservation de la matière
• Ce n’est pas pour lui un principe abstrait
  mais une règle de construction de la
  scène de l’expérience
• D’où la question: y a t’il une mesure
  commune à toutes les matières?
• Si cette mesure est le poids, alors le
  poids devra lui aussi être conservé

Tout ce que j’ais mis dans l’enceinte
doit ressortir. Si ce n’est pas le cas il y a
fuite ou erreur, par exemple oubli d’un
résidu

La balance d’instrument de précision
devient instrument de prévision

«J’ai commencé à soupçonner que la
présence d’un air circulant est
nécessaire à la formation de la chaux
métallique, que peut être même la
totalité de l’air que nous respirons
n’entrait pas dans les métaux que l’on
calcine mais seulement une portion qui
ne se trouve pas bien abondamment
dans une masse donnée d’air»

«l’eau n’est pas une substance simple,
elle est composée poids pour poids d’air
inflammable et d’air vital»

La fin d’un système de corps simples

• La terre

• L’eau

• L’air

• Le feu

La nature de la révolution
          scientifique
• Lavoisier n’a découvert ni l’oxygène,
  ni l’hydrogène, ni le gaz carbonique, ni
  l’azote.
• Il les a mis en place dans un système
  chimique cohérent

• La vrai révolution est théorique
• Elle n’est jamais individuelle en dépit
  des apparences
• Elle ne survient pas par hasard

Théorie de l’oxydo-réduction

   • Une nouvelle théorie
   • Un nouveau langage

Une conception matérialiste
           du monde

•   L’homme machine de La Mettrie
•   Les physiocrates
•   La naissance de la statistique
•   D’Alembert et Condillac

Schéma théorique d’une
   Révolution scientifique

• L’obstacle du paradigme régnant

• Une crise entre deux paradigmes affirmés

• Le remplacement du paradigme régnant par
  le nouveau paradigme

• Des méthodes d’investigation renouvelées

• Les vertus d’un raisonnement quantitatif

• Une théorie structurée a priori prenant en
  compte les apories précédentes