Sur les traces de Mendeleïev ? Les savants belges et le tableau périodique

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Lorsque Mendeleïev publia son tableau périodique le 1er mars 1859, la nouvelle fit l’effet d’une bombe. En tout cas, c’est ce que raconte la version officielle. Et dans ce genre d’histoires, le sensationnel est un élément qui… revient périodiquement. Comment cela s’est-il réellement passé ? Si l'on prend les milieux scientifiques belges, en tout cas, on ne peut pas vraiment parler d’explosion. Au contraire : le tableau périodique ne causa pas le moindre remous. Et pourtant, les idées de Mendeleïev s’infiltrèrent dans le monde scientifique… par une voie détournée. De nombreux tableaux Portrait de Dimitri Ivanovitch Mendeleïev dans sa toge de l’Université d’Édimbourg. Source:Wikimedia Commons. La tradition raconte que par la froide nuit du 17 février 1869, Mendeleïev se réveilla en sursaut et gribouilla à toute vitesse sa classification des éléments. Il se serait vu révéler en rêve la solution à la question qui le taraudait depuis tant d’années : existait-il une façon naturelle d’organiser les 63 éléments chimiques connus qui composaient l’univers ? En réalité, le chimiste russe pouvait s’appuyer sur des recherches anciennes et nouvelles. Depuis la fin du XVIIIe, les hommes de science s’efforçaient de trouver un moyen de classer rationnellement les éléments connus. Ils utilisaient différents critères de classement, comme par exemple les propriétés physiques ou chimiques d’un élément : température de fusion, électronégativité, degré d’oxydation, etc. Bien que certains de ces scientifiques, comme Antoine Lavoisier, réussirent à établir des liens entre petits groupes d’éléments, on restait très loin d’un grand système exhaustif. Une nouvelle pièce fut ajoutée au puzzle en 1857-1858 par un professeur gantois frais émoulu, August Kekulé. Ses observations portant sur les liaisons du carbone finirent par conduire à la grande (re)formulation du concept de valence qui eut lieu au XIXe siècle. Désormais, ce terme désignera la propriété d’un élément de se lier avec un nombre bien précis d’éléments monovalents, dont le nombre équivaut à la valence. D’autres contemporains illustres de Mendeleïev étaient à la recherche d’une méthode rationnelle pour classer les éléments. En 1865, le chimiste britannique John Alexander Newlands publia une première classification périodique des éléments, en fonction de leurs masses, dans un ordre croissant. Il constatait alors une régularité : certaines propriétés se répétaient tous les huit éléments, comme une octave en musique. La « loi des octaves » de Newlands fut accueillie par des critiques et des moqueries. Le Dano-Américain Gustav Hinrichs, l’Allemand Julius Lothar Meyer et le Britannique William Odling s’échinaient eux aussi sur cette idée de périodicité. Mais tout comme Newlands, ils peinaient à ordonner les éléments de manière cohérente. Le 6 mars 1869, Mendeleïev proposa officiellement son système périodique à la Société chimique russe. Le tableau de Mendeleïev ordonnait les éléments en lignes et en colonnes selon leurs masses atomiques, ainsi qu’en groupes chimiques : on recommençait une nouvelle ligne ou colonne lorsque les propriétés commençaient à se répéter. Plus important encore : le chimiste russe postulait qu’il était possible de prédire l’existence et les propriétés chimiques d’éléments encore non découverts sur base de sa classification. Pour cette raison, il laissa des emplacements vides dans son tableau et fit des propositions concrètes pour les remplir. Peu de temps après, l’Allemand Meyer publia une loi similaire, d’après des travaux antérieurs qu’il avait développés dans son manuel de chimie, indépendamment de Mendeleïev. Un pétard mouillé Page de la publication de Mendeleïev dans le Zeitschrift für Chemie (1869). Ce fut la première publication du tableau périodique en Russie. Source : Zeitschrift für Chemie, (1869), 405-406. Cliquez ici pour agrandir. Mendeleïev ne ménageait pas sa peine pour faire connaître son tableau. En plus de ses publications auprès de la Société chimique russe en 1869 et en 1870, le savant fit paraître des traductions en français, alors la langue internationale, et en allemand, la langue de la chimie. Ses écrits ne causèrent pas dans le monde de la chimie l’engouement et l’enthousiasme que certains récits de vulgarisation se plurent à lui prêter. Au contraire : à l’exception de la Russie, la théorie de Mendeleïev fut accueillie avec tiédeur. Les autres chimistes balayaient le tableau d’un simple revers de la main, tout comme les autres tableaux (en particulier celui de Newlands), partant du principe qu’une classification sur base de la masse atomique n’avait pas plus de sens qu’une classification alphabétique : ridicule ! En Belgique aussi, l’intérêt parmi les chimistes pour ce tableau fut faible. On n’en entendit pas parler à l’ Académie royale des Sciences. Il ne fut jamais question du tableau lors des réunions officielles. Cet accueil tiède n’avait rien d’exceptionnel. L’étude de l’histoire des premières réceptions d’innovations montre que les découvertes qui feront ultérieurement consensus connaissent à leurs débuts une longue période d’inertie. Ce désintérêt peut aussi s’expliquer largement par le fait que les chimistes contemporains se passaient sans trop de problème d’un cadre théorique. Pour nombre d’entre eux, la chimie était une science pratique, qui tenait la route sans classement rationnel des éléments – de nombreux chimistes travaillaient dans l’industrie ou l’exploitation agricole. D’autres utilisaient déjà un certain système de classification qu’ils trouvaient suffisants pour atteindre les buts qu’ils s’étaient fixés. Et certains éléments nouveaux furent découverts indépendamment des prédictions de Mendeleïev. Errera était un phytobiologiste. Source: De Wildeman, "Notice sur Léo Errera". Un Mendeleïev belge venu de la botanique Un des rares, si pas le seul savant belge qui faisait alors des recherches sur base du tableau périodique, était Leo Errera. Le professeur bruxellois avait été, de ses propres dires, impressionné par le mémoire de Mendeleïev. En 1878, il acheva la formulation de son hypothèse d’une « loi périodique des propriétés magnétiques ». Il postulait que les propriétés magnétiques des éléments se répétaient périodiquement lorsqu’on les ordonnait sur base du tableau du savant russe (c’est-à-dire sur base de leur poids atomique). En d’autres termes, il supposait l’existence d’une corrélation directe entre les propriétés magnétiques des éléments et leur emplacement dans le tableau. Les recherches d’Errera n’eurent pas un grand retentissement, mais elles n’en sont que plus surprenantes, car Errera n’était pas chimiste, mais bien botaniste. Sans se soucier des nombreux débats, critiques et doutes de la part de la communauté des chimistes, il se mit au travail avec son tableau périodique. « Si ma loi périodique sur le magnétisme apparaît correcte, le mérite en revient davantage à Mendeleïev qu’à moi-même » écrivait Errera avec humilité ; « Je n’ai fait qu’étendre sa loi au magnétisme. » Un Cheval de Troie didactique Système d'organisation de la première édition du manuel de Swarts (p. 237). Cliquez la photo pour agrandir. En dehors du monde de la recherche, on trouve cependant des traces de Mendeleïev en Belgique. Des enseignants et des professeurs de chimie, notamment, s’intéressaient à cette époque à un système d’organisation pour la chimie inorganique. Le tableau était un instrument pédagogique très utile. Il fournissait aux auteurs de manuels une manière rationnelle de structurer leurs textes. La présentation en tableau offrait un aperçu complet d’un simple coup d’œil. Comme dans d’autres pays d’Europe occidentale, le tableau périodique des éléments semble être parvenu à s’infiltrer dans le monde scientifique belge par l’intermédiaire de la didactique. Deux manuels de chimie de cette époque mentionnent Mendeleïev. Ils furent écrits par le professeur bruxellois Prosper De Wilde et par le professeur gantois Theodore Swarts. De Wilde publia une première édition de son Traité élémentaire de chimie générale et descriptive […] d’après les dernières vues de la science en 1872. Le manuel eut un certain succès, une seconde édition parut en 1877, et une troisième puis une quatrième suivirent en 1884 et en 1897. Le manuel de Swarts, Précis de chimie générale et descriptive exposée au point de vue des doctrines modernes, parut une première fois en 1869, et ses deuxième et troisième éditions en 1878 et en 1887. De Wilde et Swarts n'adoptaient pas spécialement le système de Mendeleïev. La troisième édition de l'ouvrage de De Wilde était, selon les propres dires de son auteur, revue et corrigée en prenant en compte les dernières découvertes scientifiques. Dans sa première édition, deux ans après la publication des traductions allemands et françaises de la loi de Mendeleïev, le professeur De Wilde ne pipait mot du chimiste russe. Il proposait à ses étudiants un vieux système de classification, une sorte de formule hybride qui conservait un classement sur base des familles et des degrés de valence. Il reprit ce système dans sa seconde édition. Il en allait à peu près de même de Swarts. Dans la première et la deuxième édition de son manuel (1869 et 1878), en dépit de son titre prometteur de Précis de chimie générale et descriptive exposée au point de vue des doctrines modernes¸ Swarts ignorait complètement la loi périodique. La classification qu’il proposait ressemblait très fort à celle de De Wilde. Elle était basée sur un vieux système de classification, qui remontait à Thénard et Dumas. On en arrivait ainsi à un système particulièrement complexe. La classification selon la valence laissait à désirer, trouvait Swarts. Elle était artificielle, mais faisait l’affaire, car par une heureuse coïncidence, elle laissait apparaître les familles naturelles. ‘Troisième édition revue, corrigée et augmentée’ promet De Wilde dans son manuel de 1884. Les révisions, promettait la préface, étaient rendues nécessaires par les « progrès constants de la chimie ». Elle proposait en effet une nouveauté intéressante. Pour la première fois apparaissait un court chapitre consacré au « système périodique naturel des éléments. » Il existait de curieuses ressemblances entre les masses atomiques des éléments qui appartenaient à une même famille, écrivait De Wilde. Il semblait y avoir une sorte de « loi périodique ». L’apparition de ce terme est notable, car la plupart des savants n’en faisaient pas encore usage. De Wilde, au contraire, admettait l’idée d’une régularité dans le classement des éléments sur base de leur masse atomique. Tableau périodique de Mendeleïev, avec la distinction entre métaux et métalloïdes, dans la quatrième édition du manuel de De Wilde (p. 401-402). Cliquez la photo pour agrandir. Le professeur gantois Swarts lui aussi annonçait, dans la préface de son édition de 1887, que cette troisième édition avait été entièrement revue, et qu’il abordait le « classement naturel des éléments ». Une nouveauté, qu’il dédiait dans son livre, non pas à Kekulé, le partisan du classement par la valence, mais à Jean Stas, le pionnier belge de la mesure des poids atommiques. Et en effet : la loi de périodicité y est décrite en détails sur une cinquantaine de pages. Cette nouvelle donne n’empêchait cependant nullement les deux professeurs de s’en retourner, pour le classement de la chimie inorganique, au tableau de classement bien connu sur base du « comportement ». C’était un instrument didactique qui leur était plus familier, en lequel ils avaient confiance. La loi périodique avait surtout, selon De Wilde, une ‘signification philosophique […] élevée’. La quatrième édition de De Wilde, datant de 1897, 28 ans après la parution de la traduction allemande sur laquelle il se basait, marque le signal de l’entrée de plein pied du tableau de Mendeleïev. « Le nouveau volume est le résultat d’une révision et d’un remaniement complets [...] rendus nécessaires par les progrès rapides et incessants de la Chimie. Dans la description et le groupement des éléments, l’ordre adopté est celui du système périodique des éléments, en maintenant toutefois l’ancienne division des corps simples en métalloïdes et métaux. » De plus, De Wilde donne à ses étudiants un aperçu des découvertes récentes de nouveaux éléments, comme le scandium, le gallium et le germanium, des éléments dont l’existence avait été prédite par Mendeleïev : « Ces faits remarquables démontrent qu’une manière éclatante que le système périodique des éléments est l’expression d’une loi naturelle. » Entre renouveau et certitudes Le tableau périodique tel qu’il apparaît aujourd’hui. Source: Wikimedia Commons Les récits des réceptions montrent des parcours lents et parfois biscornus. Si l’on considère les plus anciennes réactions aux découvertes, on constate qu’en Belgique aussi, les chimistes étaient peu enthousiastes à l’idée d’intégrer le tableau périodique dans leurs recherches. La première trouée prudente de Mendeleïev en Belgique eut lieu dans un contexte pédagogique. On sous-estime trop souvent le rôle des manuels et du matériel scolaire comme canal d’expansion et d’adoption de la connaissance, et même de production de faits. En fait, ils peuvent, tout comme les congrès, constituer des plateformes d’innovation conceptuelle. Chez les pédagogues belges, on a d’abord affaire à une curiosité prudente. Swarts et De Wilde permettaient à leurs étudiants de faire connaissance avec les débats scientifiques à la mode et les considérations philosophiques intéressantes, comme le tableau périodique. Que ces professeurs considérassent la théorie de Mendeleïev comme vrai ou non, lorsqu’il s’agissait vraiment de matériel didactique, ils s’en tenaient de préférence aux outils éprouvés qu’ils maîtrisaient. Des recherches supplémentaires portant sur les manuels de l’enseignement secondaire pourraient nous éclairer sur les phases plus tardives de l’introduction de Mendeleïev dans le monde de l’enseignement et de la recherche en Belgique.

Notes

Bibliographie

Ce texte est basé sur les travaux de Brigitte Van Tiggelen, “Le tableau périodique. Eléments d’histoire d’un outil pour la chimie”, Cycles de conférences: La science à la lumière de son histoire, 2019, 26 février, document inédit. Il fera l’objet d’une publication ultérieure dans la Revue des Questions Scientifiques. Ce travail fait suite à une présentation faite à Sopron, Hongrie, en 2009, avec Pieter Thyssen, dans une session organisée par Masanori Kaji (Kaji, Masanori (red.), Chemical Order in Transit. Comparative Studies of the Response to the Periodic Law in Various Countries from the Late 1870 to the Early 20th Century, Oxford , 2014).

Littérature

• Kaji, Masanori, Kragh, Helge en Pallo, Gabor, Early Responses to the Periodic System, Oxford, 2015.
• Van Tiggelen, Brigitte, « De scheikundige theorieën“, in: Robert Halleux, Geert Vanpaemel, Jan Vandersmissen en Andrée Despy-Meyer (éds.), Histoire des sciences en Belgique, 1815-2000, Bruxelles : Dexia/La Renaissance du livre, 2001, vol. 1,, 179-194.

Sources écrites

• Errera, Leo, « Sur le magnétisme des corps en relation avec leur poids atomique », in : Bulletin de l'Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique, (1881), 313-317.
• Errera, Leo, « Sur la loi des propriétés magnétiques. Note préliminaire. (Billet cacheté de M. Léo Errera, déposé le 2 fevrier 1878, ouvert dans la séance du 5 mars 1881), in : Bulletin de l'Académie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique, (1881), 318-323.
• Swarts, Théodore, Précis de chimie générale et descriptive exposée au point de vue des doctrines modernes, 2 volumes, Gand-Paris, 1868 (première édition).
• Swarts, Théodore, Précis de chimie générale et descriptive exposée au point de vue des doctrines modernes, 2 volumes, Gand-Paris, 1878 (deuxième édition).
• Swarts, Théodore, Introduction à l’étude de la chimie théorique, Gand, 1878. Manuel pour l’enseignement secondaire.
• Swarts, Théodore, Précis de chimie générale et descriptive exposée au point de vue des doctrines modernes, 3 delen, Gand-Paris, 1887 (troisième édition).
• De Wilde, Prosper, Traité élémentaire de chimie générale et descriptive […] d’après les dernières vues de la science, deux volumes, Bruxelles, 1872 (première édition).
• De Wilde, Prosper, Traité élémentaire de chimie générale et descriptive […] d’après les dernières vues de la science, deux volumes, Bruxelles, 1877 (deuxième édition).
• De Wilde, Prosper, Traité élémentaire de chimie générale et descriptive […] d’après les dernières vues de la science, deux volumes, Bruxelles, 1884 (troisième édition).
• De Wilde, Prosper, Traité élémentaire de chimie générale et descriptive […] d’après les dernières vues de la science, deux volumes, Bruxelles, 1897 (quatrième édition).