Quand mon ami, le professeur Potier, m'a demandé de prendre part à cette réunion commémorative, je me suis senti très réservé. Comme beaucoup d'anciens taupins je connaissais Berthollet de longue date. Vers 1950 j'avais essayé de lire " La statique chimique ". Cet exercice est tellement pénible que je m'étais alors juré de ne plus jamais recommencer de ma vie !

Puis j'ai réfléchi ; d'abord il est bien difficile de ne pas dire oui à un ami de plus de trente ans (dans ce cas particulier, sans allusion politique) ; ensuite j'ai pensé qu'un monsieur né au milieu du XVIIIème siècle, une époque dorée pour la science, au bord du lac d'Annecy à Talloire, non loin de l'auberge du père Bise, (il ne connaissait pas encore le père Bise, - mais peu importe) -, il m'a semblé qu'un tel homme ne peut pas être totalement mauvais. Je devais donc procéder à une nouvelle lecture de Berthollet.

On dispose d'une documentation assez abondante sur ses travaux : d'abord l'ouvrage " La statique chimique ", publié en 1803. Mais il y a aussi un texte beaucoup moins connu, un manuscrit préparé en 1814 en vue d'une édition nouvelle, revu en tenant compte de l'évolution des connaissances générales et des conceptions de l'auteur. Ce manuscrit a été découvert par le Professeur Jacques, et imprimé en 1980, grâce aux travaux de Madame Michèle Goupil. Les réflexions dont je vais maintenant vous faire part proviennent de la lecture de ce texte.

Voici d'abord le portrait de Berthollet, revu au moyen des artifices de l'informatique :

Il me paraissait beaucoup trop raide sur le tableau original accroché dans le couloir qui conduisait au bureau du Général, rue Descartes. J'ai connu ce tableau autrefois, justement dans ce couloir : j'avais été convoqué à plusieurs reprises pour avoir fabriqué un canon sans recul, peut-être le premier de l'armée française, qui servait avant tout à faire du chahut en tirant dans les couloirs. Le Général n'appréciait pas le résultat, pourtant remarquable. D'où ces convocations ! Je venais, je ne dirai pas en tremblant mais toutefois légèrement ému, dans ce même couloir où l'on entendait encore l'écho lointain des hurlements que poussait le Général Aupick, quand il se disputait avec son beau-fils, ce n'était que Baudelaire - dont la " moralité " lui causait bien des soucis.

Voici le deuxième volume de " La statique chimique " dans l'édition faite en 1980 par Madame Goupil. La lecture en est difficile, il faut vraiment réfléchir pour comprendre ce texte. On ne doit pas en vouloir à Berthollet, il utilisait des concepts qui étaient les siens, qui ont été abandonnés depuis et dont la signification nous échappe au premier abord ; il ne pouvait imaginer l'existence des principes de la thermodynamique, de l'entropie en particulier... Alors il mélangeait un peu tout. J'ai choisi quelques phrases pour illustrer cette difficulté :" Lorsque plusieurs acides agissent sur une base alcaline, l'action de l'un des acides ne l'emporte pas sur celle des autres de manière à former une combinaison isolée, mais chacun des acides a dans l'action une part (...) déterminée par sa capacité de saturation et par sa quantité (...) "

" On ne peut donc pas dire (...) qu'un acide en chasse un autre de la base avec laquelle il était combiné ; mais il partage l'action qui était exercée sur la base pour produire la saturation en raison des masses employées. "

Le point de départ de Berthollet est une idée fausse : l'idée que l'attraction universelle de Newton pouvait s'étendre à ce que l'on n'appelait pas encore des molécules : " Toutes les combinaisons et compositions sont sollicitées par deux forces : par une attraction à distance dans laquelle la quantité fait varier les effets, et une attraction de la surface dans laquelle les dimensions et les rapports de figure des lames qui la forment exercent leur influence. "

" ...les puissances qui produisent les phénomènes chimiques sont toutes dérivées de l'attraction mutuelle des corps à laquelle on a donné le nom d'affinité, pour la distinguer de l'attraction astronomique. "

Il répondait à un souci de généralité peut-être un peu trop prompt en supposant l'existence d'une attraction analogue à celle qui avait été si exactement décrite par Newton. Bien sûr, nous savons aujourd'hui que ce modèle ne représente pas correctement la réalité, mais Berthollet ne pouvait avoir une idée de l'échelle microscopique des phénomènes sur lesquels il travaillait. Cette notion d'affinité qu'il distingue de l'attraction astronomique, mais sans la définir autrement, n'est pas claire du tout. Elle n'était claire pour personne et pourtant elle a été utilisée par beaucoup de gens.

Ce n'est d'ailleurs pas lui qui l'a inventée. Elle paraît être née au début du XVIIIème siècle ; en 1775 le chimiste suédois Bergmann a publié un livre rédigé en latin dont le titre commence ainsi : " Disquisitio de attractionibus electivis ". Ce texte a été traduit en allemand (Berthollet, je crois, l'a lu en latin). Goethe a découvert cette traduction qui lui donna l'idée surprenante mais géniale, de considérer les rapports humains sous l'angle de la chimie. Voilà le seul exemple, à ma connaissance, où une idée venant de la chimie, fausse au demeurant, a donné naissance à un roman de génie, " Les affinités électives ", parfaitement clair, qu'on peut lire encore de nos jours avec un très grand plaisir.

Berthollet, né en dehors de France, en Savoie, s'exprimait cependant en français, mais il écrivait dans un style compliqué. Apparemment il ne s'était pas familiarisé avec le style de Voltaire qui pourtant, dans les dernières années de sa vie, ne résidait pas très loin de Talloire. Toutefois, parmi ces phrases difficiles, on trouve des idées intéressantes : " Puisqu'il est très vraisemblable que l'affinité ne diffère pas, dans son origine, de l'attraction générale, elle doit également être soumise aux lois ... ( de la mécanique )... et il est naturel de penser que plus les principes auxquels parviendra la théorie chimique auront de généralité plus ils auront d'analogie avec ceux de la mécanique ; mais ce n'est que par la voie de l'observation qu'ils doivent atteindre à ce degré, que déjà l'on peut indiquer. "

Cette idée que la théorie chimique, pour parvenir à la généralité, devra ressembler beaucoup à la mécanique, s'est développée longtemps, pendant tout le XIXème siècle et même au début du XXème. Elle a été abandonnée avec l'avènement de la mécanique quantique, mais elle a retrouvé quelque vigueur avec les nouvelles méthodes de calcul, comme celle qui a valu au Professeur Pople de recevoir le prix Nobel en 1998. On ne peut évidemment pas en déduire que Berthollet était un promoteur de ces méthodes !

Le rôle nécessaire de l'observation est une autre idée fondamentale à laquelle il était très attaché : elle devait empêcher les chimistes de se laisser aller à des discussions complètement éthérées, discussions qui avaient été souvent le prétexte à d'innombrables disputes.

" C'est donc l'observation seule qui doit servir à constater les propriétés des corps, ou les affinités par lesquelles ils exercent une action réciproque dans une circonstance déterminée. "

Cette affinité doit donc être définie par l'observation et non par une voie théorique, et cependant il voulait théoriser la chimie, il aurait même voulu la " mathématiser " . Ainsi, à propos encore de l'attraction gravitationnelle et de l'affinité il écrit : " Il est probable que l'une et l'autre ne sont qu'une même propriété ; mais l'attraction astronomique ne s'exerçant qu'entre des masses placées à une distance où la figure des molécules, leurs intervalles (...) n'ont aucune influence, ses effets peuvent être rigoureusement soumis au calcul ; les effets de l'attraction chimique (...) sont tellement altérés par les conditions particulières et souvent indéterminées, qu'on ne peut les déduire d'un principe général, mais il faut les constater successivement. " Il ne pouvait pas réussir à " mathématiser " la chimie, l'état général des connaissances en physique et en chimie était alors très éloigné d'un objectif aussi ambitieux.

Voici encore une autre idée qu'on trouve à plusieurs reprises dans l'ouvrage : les attractions qui s'exercent entre les molécules sont balancées par l'action de ce qu'il appelle le calorique, et par d'autres actions qui sont extrêmement mal définies : " Mais les résultats de ces deux forces sont modifiés par le calorique qui change les distances et qui fait disparaître l'effet de l'action particulière de la surface et même celui de l'action à distance ; par le fluide électrique dont l'action sur les combinaisons occupe aujourd'hui avec tant de succès les physiciens et les chimistes ; par la disposition à la solidité ou à l'état gazeux qui fait varier les effets du calorique et de l'électricité ; par l'action secondaire des dissolvants ; par la pesanteur spécifique ; par la compression et peut-être par d'autres forces encore inconnues. "

Tous ces concepts mal définis nécessitent une transcription, mais je tenais à vous présenter des extraits du texte exact sous sa forme brute afin que vous puissiez vous rendre compte des difficultés qu'il faut surmonter pour comprendre son raisonnement dans les détails. Donnons lui encore la parole : " Comme cette saturation réciproque des acides par les alcalis est l'effet immédiat de leur affinité réciproque, elle doit être regardée comme la mesure de leur affinité si l'on prend en considération les quantités respectives qui sont nécessaires pour produire le même effet. "

" L'affinité des différents acides pour une même base alcaline, est en raison inverse de la quantité pondérale de chacun d'eux qui est nécessaire pour la neutralisation avec une quantité égale de la même base alcaline (...) "

Nous constatons qu'il est toujours question d'affinité alors que, à aucun moment, il ne définit cette propriété. Il traite ensuite d'affinités qui devraient être constantes, il associait cela à l'idée qu'une substance, comme par exemple l'oxygène, devait avoir une affinité constante avec une autre substance déterminée, comme l'hydrogène. Puis, après de longues réflexions, ayant fait la liste des cas où l'expérience infirmait ce principe, il abandonna cette loi de la constance des affinités. Ce qui le conduisit à énoncer cet axiome, " (...) que l'on ne doit plus en chimie, soit pour diriger ses recherches, soit pour expliquer les phénomènes, se fonder sur les affinités considérées comme constantes. "

S'il avait vécu cent ans plus tard, il aurait compris facilement les causes de ses difficultés. Mais quand un scientifique émet des idées neuves trop tôt, elles ne sont pas comprises, pourtant on les imprime et elles demeurent incomprises parfois très longtemps !

Il a aussi longuement étudié la formation des précipités. De ses travaux dans ce domaine dérivent les "lois de Berthollet ", lesquelles prévoient que, quand on mélange deux solutions de sels, en général, il se forme un précipité. On enseigne ces lois, encore aujourd'hui, dans le cycle secondaire.

Il a étudié ces phénomènes de façon approfondie, cependant il ne croyait pas à la loi de Proust sur les proportions définies, il ne croyait pas à l'existence des atomes ! Il pensait que les proportions des corps dans une substance pouvaient varier d'une manière continue. Il considérait sur le même plan les mélanges, les solutions, et les combinaisons chimiques. Cela conduisait à des incohérences insurmontables. D'autant que, avec objectivité, il reconnaissait que dans certaines conditions particulières, des corps ne réagissaient effectivement que suivant des proportions bien déterminées ...

Brusquement, en 1810, il a cessé de publier. La raison de cette attitude est sans aucun doute le désespoir où l'a conduit le suicide de son fils Amédée. Voici d'ailleurs la copie, prêtée par le Professeur Jacques, d'un message manuscrit très émouvant par lequel Berthollet prie une de ses amies d'apprendre à la mère d'Amédée qu'elle n'a plus de fils.

A Madame Vimeux
J'ai recours, Madame à votre amitié pour un service bien triste. Il s'agit d'apprendre à la mère d'Amédée qu'elle n'a plus de fils. Voudriez bien venir chez mr Laplace ou je vous attens.
Berthollet

Profondément touché par ce tragique événement il est resté plusieurs années sans travailler, du moins sans publier.

Pour terminer, il nous faut au moins expliquer pourquoi ce qu'il exposait dans un texte de plusieurs centaines de pages peut se condenser aujourd'hui dans un court chapitre d'un traité de thermodynamique.

La ligne suivante nous rappelle comment on écrit une réaction :

v₁ A₁ + .... ----> v_k A_k + ....

Les coefficients n appelés stœchiométriques, sont des nombres entiers qui représentent à gauche les nombres respectifs des molécules des corps qui réagissent et, à droite, les nombres des molécules des corps obtenus. On convient de les prendre positifs à droite de la flèche, négatifs à gauche. Si on prend en considération les variables température et pression, pour définir révolution de la composition du système on a deux solutions

1. - On peut définir le nombre de moles de chacun des constituants à chaque instant, et sa variation à partir de l'instant zéro. Les rapports obtenus en divisant ces variations par les coefficients stœchiométriques respectifs sont tous égaux, ceci traduit précisément la loi de Proust. La valeur commune de ces rapports est désignée par la lettre . Mais les nA₁ - n_k ne sont pas indépendants, ce qui complique les calculs.

2. - Il est donc préférable, comme l'ont proposé De Donder et Prigogine, (qui a diffusé cette méthode dans un livre publié en 1950, longtemps après les travaux de Berthollet), de choisir comme variables T, P, et .

Alors les calculs se mettent en forme très facilement. Et nous allons voir réapparaître l'affinité, dite " de Berthollet ", mais qui ne représente plus le même concept.

Quand une réaction évolue, le système constitué des corps en présence se transforme de façon irréversible. Ceci est traduit symboliquement par la formule :

La lettre q désigne une forme différentielle linéaire qui dépend des différentielles des variables qui représentent l'évolution du système. L'expression dS représente la différentielle de l'entropie. Pendant longtemps les chimistes se sont contentés de cette formule.

Puis un jour Prigogine a proposé d'expliciter la différence entre dS et q/T, soit :

Et il ajoute la condition suivante : le produit A multiplié par , doit être positif (pour satisfaire au second Principe).

Ceci veut dire que si A est positif, sera positif et la réaction évoluera de façon à former les constituants figurant à droite de la flèche, et inversement.

Cette quantité A, qu'il appelle à nouveau affinité, s'exprime à partir des potentiels chimiques, qui sont désignés par les symboles .

La définition et le rôle de ces potentiels chimiques nous ramènent en quelque sorte aux concepts auxquels Berthollet était parvenu en s'appuyant sur des bases expérimentales, mais il faut rappeler qu'ils dépendent de la pression et surtout de la température.

J'espère que ces indications sommaires vous auront permis de vous rendre compte de l'évolution très profonde du concept d'affinité. Mais avant de conclure je voudrais ajouter un commentaire à propos de deux manuscrits qui eux aussi ont été retrouvés par le Professeur Jacques.

Le premier, qui traite de photochimie, n'ajoute pas beaucoup au mérite de Berthollet, même si on en juge en tenant compte de l'état des connaissances au moment où il a été rédigé. Le second en revanche est très intéressant, il s'agit d'une sorte de commentaire des idées de Berzellius, qui était bien connu, en particulier pour avoir découvert que l'électrolyse permettait de décomposer certains composés. Ainsi on avait fabriqué du sodium par électrolyse de chlorure de sodium fondu. Berzellius en déduisait que si l'électricité pouvait provoquer la destruction de certains composés, il était bien possible qu'elle soit la " colle " réunissant les atomes qui les constituaient. Il me paraît important de noter que Berthollet dans son commentaire exprime son accord sur cette conception. Ce manuscrit écrit à la plume d'oie, sur un papier de médiocre qualité, sans pagination, est d'autant plus difficile à déchiffrer qu'il manque des chapitres. Cependant ce que j'ai pu en lire à ce jour éclaire de façon beaucoup plus positive les conceptions de Berthollet.