Karl Josef Bayer (1847-1904) met au point l’obtention industrielle de l’alumine à partir de la bauxite et participe ainsi au développement ultérieur de l’industrie de l’aluminium. Il travaille, en France, à Gardanne avec Paul Héroult (1863-1914). Ce chimiste autrichien ne doit pas être confondu avec Friedrich Bayer (1825-1880), le fondateur de l’entreprise Bayer.

C’est à Bielitz, en Silésie que nait le 4 mars 1847, Karl Josef Bayer.

Il passe son enfance et son adolescence dans cette ville où il commence des études d’architecture pour faire plaisir à son père alors que ce sont les sciences et en particulier la chimie qui l’attirent. C’est pourquoi, en 1867, il est à Wiesbaben dans le laboratoire de Remigius Fresenius (1818-1897).

Puis, il va à Charleroi en Belgique travailler dans une usine sidérurgique avant de se rendre, en 1869, à Heidelberg, dans le laboratoire de Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899). Il étudie le césium et le rubidium qui sont des éléments chimiques trouvés par Bunsen dans le minerai appelé lépidolite. Ils appartiennent tous deux à la famille des alcalins. C’est l’indium qui est l’objet de sa thèse soutenue en 1871. L’indium a été trouvé en quantité infime dans les minerais de zinc et isolé en 1867. De nos jours, il est utilisé sous forme d’oxyde d’indium dans l’affichage à cristaux liquides des écrans plats LCD ( liquid crystal display).

Il obtient un poste d’assistant en chimie à la Technische Hochschule de Brünn en Moravie, l’actuelle Brno en République tchèque. Il fonde, dans cette ville, en 1873, un laboratoire de recherches et de conseils en chimie.

En 1880, il quitte la Moravie pour la Russie où il restera 14 ans. Il travaille à Tentelev près de Saint-Petersbourg dans une usine de colorants pour tissus. Cette usine utilise l’alumine pour teindre les toiles et c’est ainsi qu’il va faire ses premières découvertes concernant l’alumine. Il dépose des brevets en Angleterre en 1888 et en Allemagne en 1889 et une usine est immédiatement construite à Tentelev.

En 1892, il met au point le procédé d’extraction de l’alumine à partir de la bauxite. La bauxite est une roche riche en oxyde d’aluminium. La bauxite doit son nom au minéralogiste et géologue français Pierre Berthier (1782-1861) qui la découvre en 1821 près des Baux-de-Provence. La bauxite broyée est attaquée par la soude à haute température et sous pression conduit après plusieurs étapes à un oxyde d’aluminium, l’alumine. Ce procédé est encore utilisé de nos jours et appelé procédé Bayer.

Puis il part à Ielabouga en Sibérie, actuellement au Tatarstan, où il construit une usine d’extraction de l’alumine.

Il se rend ensuite au Royaume-Uni, aux Etats-Unis et en France afin de réaliser des usines d’extraction de l’alumine. En France, il travaille à l’usine de Gardanne, c’est là qu’il rencontre Paul Héroult (1863-1914).

L’usine de Gardanne a été créée en 1893. Les rapports entre les deux hommes ne sont pas bons, le procédé mis au point par Bayer pose de nombreux problèmes liés aux contraintes industrielles et demande beaucoup d’améliorations.

Alors que Bayer s’intéresse à l’alumine, Héroult profite de la découverte de Bayer pour développer l’obtention de l’aluminium à partir de l’alumine. Ce métal a été obtenu par voie chimique en 1854 par Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) et à cette époque c’est un métal précieux car son prix de revient est élevé.

L’électricité ayant fait de très grands progrès, Héroult obtient de l’aluminium par électrolyse en 1886.

Ce procédé est mis au point la même année par un américain Charles Hall (1863-1914). Actuellement l’aluminium est obtenu par voie électrolytique par le procédé Héroult-Hall. L’aluminium est un métal léger, résistant à la corrosion, excellent conducteur thermique et électrique et recyclable. De nos jours, l’aluminium est utilisé dans les transports, le bâtiment et aussi dans les cuisines.

En 1894, Bayer rentre en Autriche et s’installe à Rietzdorf en Basse-Styrie. Il meurt le 22 octobre 1904.

La Société chimique autrichienne décerne tous les six ans depuis 1961, la médaille Bayer à un chercheur qui s’est illustré dans le domaine de l’aluminium.

Pour en savoir plus :

• Henri Sainte-Claire Deville Les débuts de l’industrie de l’aluminium, Rev. Hist. Sci. Appl., vol.2, n°4 (1949) pp. 352-357
• Produits du jour de la Société Chimique de France (sélectionner alumine et aluminium)
• Réaction en un clin d’œil Comment faire des casseroles avec de la bauxite ?

Karl Josef Bayer
© Davidpop98 / Creationwiki

En 1798 Humphrey Davy (1778-1829) découvrait à Londres les propriétés euphorisantes de l’hémioxyde d’azote, appelé gaz hilarant et, à l’époque gaz nitreux. Il avait été obtenu en 1772 par Joseph Priestley (1732-1804) dans les produits gazeux de décomposition thermique du nitrate d’ammonium. Les informations circulaient vite entre savants, elles parviennent à Madrid où Joseph Louis Proust (1754-1826), avec d’autres chimistes expatriés français, décide de reproduire les expériences

Il en fait le compte rendu en 1802, à son ami Jean-Claude Delaméthrie (1743-1817), médecin encyclopédiste et directeur du Journal de physique à Paris. Sa lettre est publiée : “Je crois vous avoir écrit, docteur, que je me proposois de respirer l’oxyde d’azote pour prendre part à cette riante ivresse, que les chimistes anglais nous ont annoncée”. Il décrit son matériel, “de vastes vessies bien souples, avec des robinets” (ballons fabriqués avec des vessies d’animaux), il élimine une première partie du gaz, suffocante et comparable à l’impression d’une moutarde forte, “et enfin quand il se montre sucré”, il le recueille pour ses expériences. “Dispos, enfin, assis dans mon fauteuil, et plein de confiance, mais pourtant sous les yeux d’une personne qui pût me dire si les changemens qu’elle auroit aperçus s’annonçoient en moi par des signes d’extase ou des grimaces ; je me mis à respirer largement, après avoir évacué d’abord l’air de mes poumons ; mais, où suis-je ? Le trouble de ma vue, un étourdissement qui croissoit, l’anxiété, les objets doubles, la défaillance enfin termina l’expérience. C’en étoit assez. Je me sentois encore si éloigné de cette douce hilarité qui devoit en être la récompense, que la persévérance me manqua tout-à-fait. Moins confiant, cependant dans ma propre expérience, que dans le récit de personnes aussi recommandables que celles qui ont éprouvé les effets de cette inspiration, j’ai répété les épreuves ; mais comme les résultats en ont été les mêmes, avec plus ou moins d’intensité, j’y ai renoncé.”

Longtemps les chimistes ont identifié les produits par leurs propriétés organoleptiques : goût, odeurs, couleurs. Cependant c’est Proust qui a formulé le premier une définition de l’espèce chimique : les corps purs ont une composition élémentaire constante (loi des proportions définies).

La décomposition thermique du nitrate d’ammonium fondu donne l’hémioxyde N₂O (+ 2 H₂O). L’hémioxyde est souillé de produits d’oxydation, monoxyde NO et dioxyde NO₂ monomère et dimère N₂O₄. De la première partie du gaz qu’il élimine au début de son expérience, Proust affirme : “Ce n’est pas du gaz nitreux ; il mérite d’être examiné”.

Aujourd’hui l’hémioxyde d’azote a des usages anesthésiants médicaux, mais hélas aussi certains s’en servent de drogue légale euphorisante, non sans danger.

Pour en savoir plus :

• lettre du Professeur Proust à J.-C. Delamétherie « Sur l’oxide d’azote respiré », Journal de Physique, de Chimie, d’Histoire naturelle et des Arts, t. LV, 1802, pp. 344-345
• La découverte des propriétés du gaz hilarant par Humphry Davy (1778-1829)

 Joseph Louis Proust / Wikimedia
 

Louis Vicat (1786-1861), polytechnicien et ingénieur des Ponts et Chaussées, chargé de construire un pont sur la Dordogne, découvre à cette occasion en 1817 grâce aux analyses qu’il a réalisées, les éléments chimiques qui composent le ciment hydraulique artificiel (à base de chaux et d’argile).

Vicat ne dépose pas de brevet mais publie ses travaux dans des revues scientifiques : les ingénieurs peuvent profiter librement de ses découvertes, et, à partir des années 1830, l’industrie cimentière se développe progressivement grâce à ses recherches.

La construction des quais, jetées, phares et autres ouvrages maritimes nécessite l’emploi de mortiers hydrauliques capables de résister à la fois aux effets mécaniques des tempêtes comme à l’attaque chimique de l’air et de l’eau de mer, des milieux chargés de sels particulièrement corrosifs.

Vicat étudie alors les mortiers utilisés par les Romains dans la construction de ports sur la Méditerranée, ouvrages dont la longévité fait l’admiration des ingénieurs, et en détermine les composants. Cela l’amène à chercher en France les matières premières nécessaires pour obtenir des ciments artificiels aussi performants. Les articles qu’il publie à ce sujet vont permettre l’essor des travaux maritimes dans les ports français.

Mais des installations portuaires récentes, notamment sur la façade Atlantique, présentent rapidement de graves dégât : un concours est lancé en 1854 par la Société d’encouragement pour l’industrie nationale, à l’initiative de son président, le chimiste Jean-Baptiste Dumas (1800-1884), pour trouver la composition d’un ciment capable de durcir dans l’eau de mer et résistant à ses effets à long terme.

Vicat décide de relever le défi : il envoie un long mémoire intitulé « Recherche sur les matériaux connus dans l’art de bâtir sous les noms de Chaux, Ciments et Pouzzolanes, en tant que propres aux travaux à la mer », où il précise ses premières analyses, et définit la composition précise des ciments hydrauliques artificiels destinés aux travaux maritimes. Il est récompensé par la Société d’encouragement en 1857.

Pour en savoir plus :

• Leblanc F., Mortiers hydrauliques. Rapport fait par M. Félix Leblanc sur le concours relatif à l’étude des mortiers déjà employés ou destinés aux constructions à la mer, Bulletin de la Société d'Encouragement pour l'Industrie Nationale vol. 56, tome IV, 2ème série, 1857, p. 548-551
• Ciment, Produit du jour de la SCF, sur le site de la SCF
• Ciments courants, sur le site lelementarium.fr

Louis Vicat / Wikimedia

Alfred Nobel est né le 21 octobre 1833 à Stockholm. En 1850, il est à Paris et travaille dans le laboratoire privé de Théophile Jules Pelouze (1807-1867), où il apprend la découverte de la nitroglycérine par Ascanio Sobrero (1812-1888).

La nitroglycérine est à température ambiante, un liquide huileux, explosif et toxique. Elle est obtenue par condensation du glycérol (nom courant du 1,2,3-propanetriol) avec l’acide nitrique.

Cet explosif est très instable et à l’origine de nombreux accidents. De retour en Suède, Nobel cherche à le stabiliser et réalise alors de nombreux essais. Mais le 3 septembre 1864, c’est l’explosion, des ouvriers sont tués ainsi que son plus jeune frère, Émil.

Nobel, seul, poursuit quand même ses expériences et enfin en 1867, met au point la dynamite constituée de nitroglycérine stabilisée par différentes substances absorbantes. Le meilleur absorbant est le kieselguhr, roche sédimentaire siliceuse contenant des diatomées fossilisées, datant du crétacé. Les diatomées sont des microalgues unicellulaires présentes dans tous les milieux aquatiques. La dynamite ne présente plus de danger d’explosion accidentelle. Pour la faire exploser, il faut un détonateur.

A la fin du XIX^e siècle, la dynamite sert principalement pour la construction de tunnels, pour l’industrie minière et pour les démolitions.

En 1875, grâce à Léon Gambetta (1838-1882), Nobel installe en France, une usine à Sevran. Dans son laboratoire français, il invente un nouvel explosif de puissance très supérieure à la dynamite, c’est la « dynamite extra Nobel », composée à 93% de nitroglycérine et à 7% de collodion (mélange à base de nitrocellulose).

La nitroglycérine est à température ambiante, un liquide huileux, explosif et toxique. Elle est obtenue par condensation du glycérol ( nom courant du 1,2,3-propanetriol) avec l’acide nitrique.

Il rédige son testament le 27 novembre 1895 à Paris. Il prévoit que le capital qu’il laissera sera employé pour créer une fondation. Celle-ci gèrera ce capital afin que les revenus soient distribués chaque année à titre de récompense aux personnes qui ont rendu à l’humanité de grands services dans les domaines suivants : physique, chimie, physiologie ou médecine, littérature et paix. Après d’âpres discussions, le testament est validé et en juin 1898, le gouvernement suédois ratifie les accords définitifs.

Les prix de physique et de chimie sont décernés par l’Académie suédoise des Sciences, celui de physiologie et médecine par l’Institut Carolin de Stockholm, celui de la paix par cinq membres élus par le parlement norvégien, pour la littérature par l’Académie suédoise littéraire. La réglementation fixe à trois le nombre maximum de lauréats par prix. Les premiers prix furent décernés en 1901.

Dans le film « Le salaire de la peur », adapté du roman de Georges Arnaud, deux camions doivent transporter quatre cents kilogrammes de nitroglycérine instable (et non de la dynamite) dont le souffle de l’explosion doit éteindre l’incendie d’un puits de pétrole.

Alfred Nobel est décédé à San Remo en 1896.
 

Léon Lefèvre, auteur d’un magistral Traité des matières colorantes organiques artificielles (1896), et fondateur de la Revue générale des matières colorantes, de la teinture, de l’impression et des apprêts, se forma à la recherche en chimie dans le laboratoire d’Édouard Grimaux (1835-1900).

C’est l’époque où le directeur de laboratoire, de savant admiré et lointain, se mue en « patron » se mêlant aux expérimentations de ses élèves et découvrant en même temps qu’eux les résultats : « il considérait ses élèves, dit Lefèvre, comme des amis, discutait avec eux et, chose rare, acceptait leurs avis et même leurs critiques ».

Au décès de Grimaux, Lefèvre le décrit « ardent à la besogne, il développait une activité prodigieuse partagée par ses collaborateurs. […] Je me rappelle encore sa préoccupation lors de son travail sur l’oxydation de la glycérine (glycérol ou propane-1,2,3-triol) qui lui fit découvrir le premier, un sucre synthétique fermentescible (le glycéraldéhyde, premier terme des aldoses). Le soir nous mettions en fermentation le précieux produit, et il fallait attendre le lendemain pour voir s’il y avait production de gaz carbonique. A sept heures du matin, le « patron » accourait au laboratoire : ô bonheur ! Il y avait plusieurs centimètres cubes de gaz. Toute la journée, ceux qui entrèrent au laboratoire furent salués de ces deux mots : « ça fermente ! » et chacun de rendre visite au tube à fermentation.

Le chimiste Édouard Grimaux (1835-1900) fut successivement pharmacien, médecin, professeur à l’Institut national agronomique et à l’École polytechnique, où, le premier, il introduisit dans ses cours la notation atomique. Sa thèse de médecine, préparée à Sainte-Hermine en Vendée dans sa pharmacie, portait sur le hachisch. Selon Georges Clemenceau (1841-1926), futur homme politique sous la III^e république, qui était son ami et le voyait quotidiennement, pour mieux connaître son sujet il expérimentait sur lui et notait les effets de différents extraits : « Grimaux se « hachischait » en conscience et y gagnait de terribles maux d’estomac, sans cependant avoir les visions paradisiaques promises dans les livres ». Malgré son désespoir, Clemenceau s’est refusé à contribuer à l’expérimentation qu’il jugeait incompatible avec ses tâches de jeune médecin.

Grimaux est le premier biographe de Lavoisier.

En 1898 il fut l’un des chefs de file des intellectuels engagés en faveur du capitaine Dreyfus dans la crise politique majeure qui a affecté la France entre 1898 et 1900, et l’un des deux premiers vice-présidents de la Ligue des droits de l’homme avec Émile Duclaux (1840-1904), directeur de l’Institut Pasteur.

Pour en savoir plus :

• notice Grimaux, in Itinéraires de chimistes (SCF-EDP Sciences) 2007
• J. Fournier, Édouard Grimaux Un grand savant vendéen, édité par Les amis du temple protestant de Sainte-Hermine et Histoire et patrimoine du canton de sainte-Hermine, 2012, 46 p.

Édouard Grimaux
photo : A. Gerschel et fils, coll. École polytechnique

La transition énergétique est une vraie rupture qui demandera plus d’une vingtaine d’année à se réaliser. Au-delà d’une réelle évolution des structures, de la société, il y a aussi une vraie rupture technologique et industrielle.

Pour l’énergie électrique la chasse au rendement photovoltaïque, la recherche de moyens de stockage de l’ordre du GWh, les nouveaux algorithmes pour gérer le réseau, le nucléaire de nouvelle génération et la fusion s’accompagnent de verrous technologiques. L’utilisation du CO₂ comme matière première motive la recherche en chimie. Les nouveaux transports hybrides ou électriques ou à hydrogène et les véhicules autonomes mobilisent les chercheurs. Enfin le changement de comportement, les nouvelles structures, l’adaptation sociétale sont de nouveaux champs d’approche pour les sciences humaines et sociales.

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Après la COP 21 et la loi LTCEV les objectifs concernant le mix électrique de diminuer la part du nucléaire à 50% et de développer les énergies renouvelables à 32% font polémique. Après avoir décrit le programme allemand « energiewende » et les conséquences pour les particuliers outre Rhin, l’état des lieux pour la France montre une production électrique largement décarbonée comparée à la production germanique. Le développement des sources solaires et éoliennes pose le problème de l’intermittence et la nécessité d’avoir des dispositifs de compensation ou de stockage importants. La discussion des coûts, du contrôle informatique de la production/consommation, des recherches à financer, de l’augmentation des émissions de GES est largement abordée en conclusion.

Une baisse des émissions de CO₂ de 40% d’ici 2030 implique de gros efforts pour la France qui est plutôt dans le top 3 des pays européens. L’article passe en revue les secteurs les plus émissifs.

• le tertiaire et le résidentiel qui exige une rénovation thermique de plus de 40 millions de logements,
• les transports qui sont dévorateurs de ressources fossiles où la solution passe par une baisse importante des consommations et le recours aux véhicules électriques,
• l’industrie manufacturière qui a déjà fait des efforts importants dont la chimie avec le programme européen « responsible care ».

La conclusion résume les écueils et efforts nécessaires.

Dans le domaine de l’aéronautique et de l’espace la chimie est peu visible alors qu’elle est essentielle non seulement pour les matériaux et les carburants mais aussi pour les aménagements des fusées et avions. On cite d’abord les recherches sur les matériaux composites et réfractaires qui forment les moteurs d’Ariane 5 et le futur Prometheus d’Ariane 6, puis les mises au point des propergols à base d’hydrazine. Pour l’aéronautique les composites à matrice organique ont progressivement remplacé les alliages légers d’aluminium pour atteindre maintenant chez Boeing ou Airbus des valeurs proches de 50%. Pour les cabines passagers, l’allègement des sièges, le garnissage et l’électronique embarquée entraine une concurrence sévère entre compagnies. Enfin une dernière révolution initiée par « Solar impulse » bourrée de chimie est en marche, celle de l’aviation électrique où la chimie et l’électrochimie lèvent progressivement les verrous techniques.

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De nouveaux permis d’exploration du sous-sol ont été délivrés alors que depuis 20 ans personne n’a sondé quoi que ce soit. L’article passe en revue les richesses et ressources de l’hexagone en matière de minerais et de métaux stratégiques. On rappelle l’enquête récente du BRGM et l’analyse du CNRS sur l’épuisement des ressources minières. On souligne la difficulté de l’exploitation minière, la baisse des concentrations, la barrière minéralogique, les contraintes environnementales. Plusieurs exemples sont donnés dont celui de la recherche de l’or et les contre exemples qui ont donné une mauvaise image de l’exploitation de mines et qui conduit les populations locales à refuser même l’exploration malgré le bénéfice national sur des éléments stratégiques indispensables à la haute technologie.

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