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Les grandes erreurs de la science : ces éléments existent-ils ?

Avec les tourbillons de Descartes, avec leur ultime défenseur, Fontenelle, en 1752, nous sommes arrivés au XVIIIe siècle. Nous n’avons pas fait un relevé complet des errements de la pensée scientifique, depuis son apparition en Ionie, au VIe siècle avant l’ère chrétienne. Et nous ne serons pas plus complet pour la suite. Mais il y a encore quelques belles erreurs à signaler et à commenter. Au fait, qu’est devenue la théorie des quatre éléments ?

Redisons que ce n’est pas cette théorie qui constitue l’erreur que nous avons dénoncée. Au contraire, c’est une théorie très intéressante.

Ce qui fut erroné, c’est de croire, comme Platon, que l’on peut prouver par le seul raisonnement qu’il y a forcément quatre éléments. Et ce qui fut erroné, encore, c’est de penser qu’il doit exister une relation entre ces éléments et les polyèdres réguliers. Eh bien, au cours de la seconde moitié du XVIIIe siècle, si la théorie des tourbillons passe aux oubliettes, la théorie des quatre éléments est encore vaillante. On a abandonné les spéculations plus métaphysiques que physiques sur les rapports avec les polyèdres, mais il est encore des physiciens et des chimistes pour analyser la matière à l’aide de la conception d’Empédocle, de Platon et d’Aristote. Je trouve dans mes notes qu’en 1782 est publié à Lausanne un ouvrage intitulé Des éléments, ou essai sur la nature, les propriétés, les effets et les utilités de l’air, de l’eau, du feu et de la terre, attribué à un certain Jules-Henri Pott. Je n’ai pas entrepris de recherches pour en savoir plus sur ce livre manifestement en retard sur la science de 1782, mais sa seule mention nous montre que la théorie des quatre principes était encore vivante. Vivante, mais déjà malade.

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Car de nombreux naturalistes qui ont étudié, avec les ressources instrumentales toujours améliorées du laboratoire, les substances extraites des animaux, des végétaux et des minéraux, commencent à se demander si vraiment il est possible qu’une telle diversité soit basée sur uniquement quatre principes.

Car, en outre, la théorie des trois principes de Paracelse – le sel, le soufre et le mercure – se pose de plus en plus en adversaire de la théorie des quatre.

Car, enfin, une autre idée qui remonte à l’Antiquité grecque, celle de l’atomisme, commence à être prise très au sérieux par certains, depuis que Pierre Gassendi a fait connaître en France la doctrine d’Épicure, qui est basée sur l’atomisme de Démocrite.

C’est Antoine-Laurent de Lavoisier qui donnera le coup ou plutôt les deux coups de grâce à la théorie vieillie et très mal en point des quatre éléments. Lavoisier est un fonctionnaire de Louis XVI pendant la semaine et un chimiste le dimanche. On passe ses loisirs comme on veut et quand on est riche – Lavoisier l’était – on peut se permettre des loisirs dispendieux.

Car cela coûte très cher de faire de la chimie. Pas pour faire de la chimie comme Platon, c’est-à-dire penser à la composition de la matière. À vrai dire, cela ne coûte rien du tout ! Mais pour faire de la chimie comme les Modernes, c’est-à-dire en montant des expériences, en utilisant des instruments de laboratoire, des instruments très complexes et donc très chers, il faut de l’argent, beaucoup d’argent. Et des loisirs. Lavoisier avait des loisirs et de l’argent.

Ce qui lui permet, en 1777, non de penser à la nature de l’air, mais de l’examiner dans son laboratoire, au cours d’expériences nombreuses et soigneusement interprétées. Le résultat est sans appel : l’air est composé de deux gaz, l’oxygène et l’azote. L’air, étant composé, n’est donc pas un élément ! La théorie d’Empédocle-Platon-Aristote s’effondre. Mais ce n’est pas tout. En 1783, Lavoisier s’intéresse à l’eau. Il ne pense pas abstraitement à sa nature, mais il en fait l’analyse, dans son laboratoire. Il parvient à montrer, d’une manière facilement reproductible par n’importe quel chimiste bien outillé, que l’eau est composée d’oxygène et d’hydrogène. L’eau, étant composée, n’est pas non plus un élément. La chimie ancienne est morte. Vive la chimie moderne. Qui sera exposée dans un magistral manuel par Lavoisier, en 1789 : Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d’après les découvertes modernes, publié chez Cuchet, à Paris.

C’est incontestablement ce qui a été fait de mieux et de plus durable en cette année 1789. Bon.

Tout cela est bel et bien, mais nous sommes à la recherche des erreurs de la science. Or, avec Lavoisier, nous sommes devant des découvertes vérifiées et d’une importance considérable. La science serait-elle devenue mûre au point de ne plus sombrer dans l’erreur ? La physique de Newton, la chimie de Lavoisier et, aussi, la botanique de Carl von Linné et la zoologie de Georges-Louis Leclerc de Buffon vont-elles définitivement immuniser les savants contre l’erreur et l’illusion ? Voyons la suite. Lavoisier n’a pas fait que l’analyse chimique de l’air et l’analyse de l’eau. Il a obtenu de nombreux résultats, pratiques et théoriques. Le plus important de ses résultats théoriques, c’est peut-être d’avoir accompli une distinction claire entre les corps simples et les corps composés. Vous allez voir, c’est très facile. La plupart des corps que l’on rencontre dans la nature peuvent être décomposés, au laboratoire, en divers corps constituants.

C’est ce que Lavoisier a fait pour l’air et pour l’eau, et aussi pour bien d’autres substances. Prenons le cas de l’eau. Elle est un corps composé d’oxygène et d’hydrogène, qui sont des gaz, mais ceci n’est pas l’essentiel. Maintenant, en soumettant l’oxygène à toutes sortes d’opérations de laboratoire, Lavoisier ne parvient pas à diviser cet oxygène.

C’est un corps simple. Idem pour l’hydrogène, qui semble indécomposable, en tout cas avec les moyens dont Lavoisier dispose dans son laboratoire. Le vitriol est un corps composé, formé de soufre, d’oxygène et d’hydrogène. La rouille est un corps composé, formé d’oxygène et de fer. La pyrite est un corps composé, formé de soufre et de fer. Mais le fer, le soufre sont des corps simples, comme l’hydrogène et l’oxygène. On voit que l’idée rationnelle d’élément est remplacée par l’idée empirique de corps simple. On n’a pas trouvé la nature de la matière en pensant, on l’a trouvée en observant ou, plus exactement, en pensant les résultats des observations ! Dans son Traité élémentaire de chimie, Lavoisier dresse le tableau des corps simples qu’il connaît. Il y en a une trentaine : l’azote, le carbone, le phosphore, le cuivre, l’or, l’argent, etc. Lavoisier n’utilise pas le terme élément mais, en somme, c’est la même chose. Il précise bien que sa liste est probablement provisoire. D’une part, explique-t-il, il se pourrait bien qu’avec les progrès de l’instrumentation les laboratoires du futur soient capables de décomposer des corps actuellement considérés comme simples.

Ce n’est pas une erreur. Assez rapidement, ses successeurs décomposeront en effet certains corps simples énumérés par Lavoisier. D’autre part, explique-t-il encore, il y a de fortes raisons de supposer que certains corps simples n’ont pas encore été découverts, car n’existant dans la nature qu’au sein de minéraux relativement rares. D’où la recherche de nouveaux corps simples, la recherche de nouveaux éléments.

C’est en principe très simple. On amène au laboratoire un minéral peu connu. On le soumet à l’action de certains acides ou on le chauffe ou on lui fait subir d’autres manipulations et on examine ce qui se forme. Si on obtient une substance inconnue, dont les propriétés n’ont jamais été rencontrées, c’est que l’on a découvert un nouvel élément ! Ainsi, dès 1795, le chimiste allemand Martin H. Klaproth découvre le titane dans un minéral, le rutile. En 1797, le nouvel élément chrome est découvert par le Français Louis Nicolas Vauquelin, dans le plomb rouge de Sibérie. En 1798, le nouvel élément tellure est isolé par Martin H. Klaproth. Je suis sûr que vous avez déjà compris ! On va découvrir de nouveaux éléments, mais parfois on va se tromper. On va isoler, dans un laboratoire, un élément en croyant qu’il est nouveau, alors qu’un autre chimiste l’avait déjà dûment découvert. Ou on va découvrir une substance inconnue, pensant qu’il s’agit d’un élément nouveau, alors qu’il ne s’agit que d’une combinaison d’éléments dont on ne se rend pas compte du caractère composé. Et en effet, c’était prévisible. Il y aura de nombreuses fausses découvertes, et on se doute qu’il y aura aussi quelques disputes de paternité.

C’est moi qui ai découvert cet élément le premier ! Non, c’est moi !… Je n’ai pas établi la liste complète de toutes ces découvertes fausses, toujours faites de bonne foi et bien excusables souvent, car il n’est pas facile, au XIXe siècle, de se tenir au courant de tout ce qui se passe dans des laboratoires de chimie de plus en plus nombreux. Il faut d’ailleurs dire qu’il n’est pas facile d’établir cette liste d’erreurs, car les hommes de science, dans leurs publications, signalent plus volontiers les succès que les échecs.

Tiens, déjà le chrome. J’en ai attribué la découverte à Vauquelin, en 1797. Mais la même année, Klaproth l’isole aussi.

Très difficile de dire qui fut le premier. Voici donc une liste bien incomplète d’erreurs. En 1812, le chimiste britannique Thomas Thomson découvre le nouvel élément junonium. Qui n’existe pas… En 1841, le Suédois Carl Mosander découvre l’élément didyme, dans une substance minérale qu’il appelle lanthana. Mais on se rendra compte que le soi-disant nouveau corps simple est en fait un mélange de deux éléments, le praséodyme et le néodyme. En 1844, l’Allemand Heinrich Rose prévoit l’existence d’un nouvel élément, qu’il baptise, un peu vite, pélopium, qui devrait se trouver dans un minéral assez rare, la colombite. Il suppose aussi l’existence d’un deuxième élément dans ce minéral, le niobium.

Ces noms sont basés sur ceux de Pélops et de Niobé, le fils et la fille de Tantale, ce roi condamné à subir dans les enfers un supplice célèbre, selon la mythologie grecque. Mais on pourra établir que le pélopium n’est en rien différent du niobium ! En 1851, c’est C. Bergemann qui croit découvrir un nouvel élément, le donarium, dans un minéral de Norvège. On constatera que ce n’est rien d’autre que le thorium, un métal déjà connu, découvert en 1828. En 1862, J.F. Bahr découvre l’élément wasium, dans le minéral wasite trouvé près de Stockholm. Fausse découverte, à nouveau.

Ce n’est aussi que du thorium.

Carl Wilhelm Bergemann qui croit découvrir un nouvel élément, le donarium, dans un minéral de Norvège. On constatera que ce n’est rien d’autre que le thorium, un métal déjà connu, découvert en 1828. Jön F. Bahr découvre l’élément wasium, dans le minéral wasite trouvé près de Stockholm. Fausse découverte, à nouveau.

Ce n’est aussi que du thorium. En 1864, William Huggins, un astronome britannique, étudie le spectre d’une nébuleuse. L’étude des spectres, la spectroscopie, était en plein développement. Il s’agissait d’une méthode toute nouvelle d’analyse chimique, d’une méthode presque fantastique. En examinant, au travers d’un spectroscope, la lumière émise par un corps lumineux, on peut déterminer les éléments dont ce corps est formé !

Cela permettait d’établir la composition chimique des étoiles et des objets astronomiques comme les nébuleuses.

C’est ainsi que l’on avait, grâce à ce nouvel instrument qu’était le spectroscope, déterminé que les étoiles contiennent de l’hydrogène. Eh bien, donc, Huggins étudie systématiquement les spectres des lumières émises par les nébuleuses. Et il observe des raies, dans ces spectres, qui lui paraissent indiquer de manière irréfutable l’existence d’un élément inconnu sur terre, et qu’il baptise le nébulium. Il faudra attendre l’année 1928 pour que l’on démontre que les raies du nébulium sont en réalité produites par de l’oxygène. Bref, les nébuleuses contiennent de l’oxygène. Et le nébulium… n’existe pas ! En 1869, c’est Charles A. Young, un astronome américain, qui fait une découverte analogue, grâce au spectroscope. Dans le spectre de la lumière émise par la couronne solaire, il découvre des raies jamais observées sur terre, qu’il attribue à un nouvel élément qu’il baptise coronium.

C’est en 1931 que l’on se rendra compte que les raies de ce soi-disant coronium sont émises par l’oxygène.

Comme le nébulium, le coronium n’existe pas ! L’année 1878 fut fertile en découvertes de nouveaux éléments. Malheureusement, d’éléments qui n’existent pas ! John Lawrence Smith, un chimiste américain, découvre l’élément mosandrum dans la samarskite de la Caroline du Nord. Mais ce n’est que du terbium, un élément connu depuis 1843. Marc Delafontaine, un chimiste suisse, découvre, lui, deux nouveaux éléments, le philippium et le décipium. Malheureusement, on établira que le philippium n’est rien d’autre que l’holmium, découvert vers la même époque par le Suédois Per Teodor Cleve. Malheureusement encore, on établira aussi que le décipium est identique au samarium découvert par le Français Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. En 1905, Carl Auer von Welsbach, un Autrichien, découvre l’élément aldebaranium. Mais ce n’est que de l’ytterbium, élément déjà découvert par le Suisse Jean- Charles Galissard de Marignac en 1878. Et ce n’est pas tout. Le 16 janvier 1911, une note paraît dans la très importante revue française Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, pages 141 à 143. Elle est signée par Georges Urbain et est intitulée : Sur un nouvel élément qui accompagne le lutécium et le scandium dans les terres de la gadolinite : le celtium. Urbain annonce donc la découverte d’un nouvel élément, qu’il baptise celtium en l’honneur des Celtes, ancêtres des Français. Détail qui, pour un psychologue, est révélateur. Nous sommes en 1911. La guerre franco-allemande de 1870 n’est pas encore oubliée. Le gallium, un élément qui, lui, existe bel et bien, a été découvert par le Français Lecoq de Boisbaudran en 1875. Son nom dérive de Gallia, la Gaule, c’est-à-dire la France. Le germanium, également un élément bien réel, a été découvert par l’Allemand Clemens Alexander Winkler en 1886. Son nom est forgé sur Germania, l’Allemagne. Il faut lire les travaux des savants allemands et français de l’époque pour voir à quel point, chez certains, les soucis patriotiques étaient présents. Souci patriotique qui n’était d’ailleurs pas nécessairement conscient. Quand on baigne dans une atmosphère nationaliste, même si l’on n’adhère pas aux idées de grandeur nationale, on n’en subit pas moins l’influence des discours. Je n’accuserai donc pas Georges Urbain de nationalisme mal placé, ce fut d’ailleurs un grand chimiste qui laissa derrière lui une oeuvre tout à fait remarquable, mais le fait est qu’il s’est trompé à propos de son élément dédié aux Celtes. L’histoire devient difficile. Quand j’ai exposé la théorie des quatre éléments chez Platon, au IVe siècle avant notre ère, et même encore deux mille ans plus tard, quand j’ai expliqué la théorie des tourbillons chez Descartes, au XVIIe siècle, je n’ai pas dû faire un grand effort pour être compris. Je crois que toute personne capable de lire le français a pu comprendre l’idée de Platon ou celle de Descartes.

Certes, la science avait progressé depuis Platon à l’époque de Descartes, mais la technicité des tourbillons n’est pas très profonde.

Tout le monde conçoit qu’un fluide qui tourne puisse emporter des objets dans son mouvement giratoire. Mais en 1911, la recherche des éléments chimiques utilise des méthodes de laboratoire extrêmement complexes, dont la compréhension nécessite toute une formation en physique et en chimie. On peut comprendre la théorie des tourbillons de Descartes en quelques minutes. Pour comprendre – ce qui s’appelle vraiment comprendre – les travaux de Georges Urbain, il faut avoir passé quelques mois, à vrai dire même quelques années, dans un laboratoire de chimie. Il faut d’abord connaître suffisamment de minéralogie pour comprendre comment les chimistes distinguaient les différents minéraux qu’ils étudiaient, le rutile, la samarskite, la gadolinite et bien d’autres. Il faut ensuite savoir avec quels réactifs et suivant quels procédés les chimistes attaquent ces minéraux pour en séparer leurs constituants élémentaires. Et il faut comprendre que toutes ces manipulations sont très délicates et que l’on se trompe facilement. Après tout, la comparaison n’est pas si naïve, celui qui a mis les pieds dans une cuisine sait bien qu’il n’est pas si simple de réaliser une mayonnaise ou de réussir une béchamel… Mais ce n’est pas encore tout. Il faut comparer l’élément obtenu, supposé nouveau, avec les éléments connus. Or, en 1911, on en connaissait environ 90. Il faut donc connaître les propriétés de ces 90 éléments : leur densité, leur point de fusion, la couleur de leurs oxydes, de leurs chlorures, la solubilité des différents sels et, surtout, leurs caractéristiques spectrales, c’est-à-dire les longueurs d’onde des différentes raies de leurs spectres. Vous voyez où je veux en venir ? On s’étonne que des savants comme Delafontaine ou Mosander fassent des erreurs, annoncent des découvertes qui sont en fait des erreurs. Mais celui qui connaît un peu de physique et de chimie, celui qui a fait des manipulations de laboratoire, son étonnement est exactement inverse.

Comment est-il possible que les savants, à la recherche de nouveaux éléments, se soient trompés si rarement ? En tout cas, Urbain s’est trompé. Il fait parvenir un échantillon de son celtium à un physicien anglais, Henry Moseley, qui est à l’époque le plus grand spécialiste dans le domaine de la spectroscopie des rayons X. Vous savez, ces rayons que l’on utilise tous les jours dans les hôpitaux pour faire des radiographies. Moseley avait mis au point une méthode d’identification des éléments chimiques basée sur les rayons X. Eh bien, en juin 1914, le verdict tombe. Le spectre des rayons X du soi-disant celtium ne fournit pas les raies prévues par la théorie. Autrement dit, le celtium n’est pas un élément nouveau. Urbain ne se laisse pas abattre. Il croit en son celtium. Le 19 février 1923, il fait paraître un article qu’il espère définitif : Sur le celtium, élément de numéro atomique dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences. Mais le 7 avril de la même année, H.M. Hansen et Sven Werner, deux spectroscopistes danois, publient une courte note On Urbain’s celtium lines dans la revue britannique Nature.

Cette fois, la question est définitivement réglée. Le celtium n’existe pas, comme l’avait déjà prouvé Moseley. Le celtium d’Urbain n’est en effet que du lutécium. Lutécium que, d’ailleurs, Georges Urbain avait découvert en 1907. Il ne s’était donc pas rendu compte que ses deux échantillons, disons A et B, étaient un seul et même élément ! Encore deux fausses découvertes. En 1929, à l’Alabama Polytechnic Institute, Fred C. Allison découvre, dans des échantillons de pollucite et de lépidolite, un nouvel élément qu’il baptise virginium. Il est vrai qu’il est né à Glade Spring, en Virginie. En 1931, il découvre un deuxième élément encore inconnu, dans la monazite, et le nomme alabamium, en l’honneur évidemment de l’État d’Alabama.

Ces intéressantes trouvailles ont été effectuées grâce à une nouvelle méthode spectroscopique, mise au point par Allison, la spectroscopie magnéto-optique. Hélas pour Allison et aussi pour l’État d’Alabama et pour l’État de Virginie, on se rendra bientôt compte que cette méthode spectroscopique n’est nullement capable de confirmer les découvertes. Il n’y a ni virginium ni alabamium. Notre énumération de fausses découvertes d’éléments chimiques n’est pas complète, mais nous en resterons là, nous ne visons pas à faire le relevé de toutes les erreurs des chercheurs scientifiques. Et puis, il n’y a pas que les chimistes ! Il y a aussi les astronomes.

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