Chimie et Notre-Dame : Présentation du colloque

Après l’incendie de Notre-Dame de Paris qui, en 2019, nous a tous bouleversés, le Ministère de la Culture et le CNRS se sont mobilisés au côté de l’Établissement public chargé de la conservation et de la restauration de la cathédrale Notre-Dame de Paris créé par l’État et se sont associés dans le cadre d’un grand chantier scientifique pour mettre les compétences et les connaissances des chercheurs d’une cinquantaine de leurs laboratoires au service de la « résurrection » de l’édifice et de ses œuvres d’art. À cette occasion, ces chercheurs se sont aussi donné pour objectif le renouvellement des connaissances sur l’édifice et son histoire.

La chimie est présente aussi bien sur le chantier de restauration que dans ce programme de recherche et d’innovation qui associe archéologues, historiens de l’art, chimistes, physiciens et informaticiens, aux architectes et compagnons présents sur le site.

La Fondation de la Maison de la Chimie a souhaité faire le point sur ce que les sciences de la chimie ont et pourront apporter dans le programme de restauration de la cathédrale et plus généralement via des innovations dans le domaine des matériaux du patrimoine. Le responsable et les coordinateurs du programme nous ont fait l’honneur non seulement d’intervenir comme conférenciers, mais aussi de nous aider dans le choix des experts pour réaliser cet ambitieux objectif. Nous les en remercions vivement. La vue de l’incendie de Notre-Dame de Paris et son triste bilan ont profondément touché les citoyen de tous âges dans le monde entier.

Ce colloque, qui vise à apporter des informations précises sur le rôle possible des sciences « chimiques » dans la réparation de ce terrible événement et comment la chimie peut contribuer à lui redonner vie, est ouvert à tous les publics, avec une attention particulière aux jeunes et au monde éducatif. Le niveau des interventions se veut accessible à tous.

Bernard Bigot
Président de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie
et Directeur Général de l’Organisation internationale ITER

Chimie et Chimie et Notre-Dame : Le colloque dans son intégralité

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  L'incendie de Notre-Dame a-t-il considérablement plombé l'atmosphère parisienne ?
   

 
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Colloque Chimie et Notre-Dame : Conférence par conférence

Conférences plénières d’ouverture
Animateur : Bernard BIGOT

- Le chantier de Notre-Dame de Paris : état et perspectives

Général d’armée Jean-Louis GEORGELIN | Représentant spécial du Président de la République et président de l’établissement public chargé de la conservation et de la restauration de la cathédrale Notre-Dame de Paris
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- De la chimie des matériaux à l’alchimie des équipes

Aline MAGNIEN | Conservatrice générale du patrimoine, Directrice du Laboratoire de Recherche des Monuments historiques, Ministère de la Culture et de la Communication - Pascal LIEVAUX | Conservateur général du patrimoine, délégation à l’inspection, à la recherche et à l’innovation, direction générale des Patrimoines et de l’Architecture
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Table Ronde : Ils travaillent pour Sauver Notre-Dame
Animateur : Marc J. LEDOUX | DRCE Émérite du CNRS

- La restauration des statues en cuivre de la flèche de la cathédrale Notre-Dame de Paris

Richard BOYER | Directeur Général SOCRA
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- Charpente de sécurisation des arcs boutants et des voûtes

Julien Le BRAS | Président Directeur Général Groupe Le Bras Frère
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- Conservation-restauration de peintures polluées par dépôt d’aérosols de plomb

Marie PARANT | Restauratrice de peintures murales, indépendante - Witold NOWIK | Chimiste, ingénieur de recherche, responsable du pôle Peinture murale et polychromie, Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques
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Archéo matériaux
Animateur : Jean-Claude BERNIER | Professeur Émérite de l’Université de Strasbourg

- Mémoire du bois : apport de la chimie à la connaissance de la charpente carbonisée de Notre-Dame de Paris

Alexa DUFRAISSE | Chargée de recherche au CNRS, UMR 7209, Archéozologie, archéobotanique : Sociétés, Pratiques et Environnements (ASSPE), CNRS/MNHN, Paris
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- Conservation des maçonneries endommagées par les sels solubles suite à l’incendie de Notre-Dame de Paris en 2019

Véronique VERGES-BELMIN | Géologue, Ingénieure de recherche, responsable du pôle scientifique Pierre, Laboratoire de recherche des monuments historiques (LRMH)
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- L’apport des analyses chimiques à la connaissance des armatures de fer de Notre-Dame de Paris

Maxime L’HERITIER | Maître de conférences en histoire médiévale, Université Paris 8, ArScAn CNRS UMR 7041
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- Tracer les plombs de Notre-Dame de Paris par leur signature isotopique et élémentaire.

Sophie AYRAULT | Directrice de Recherches au CEA, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), Université Paris Saclay
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Innovation et matériaux du patrimoine
Animateur : Philippe WALTER | Laboratoire d’archéologie moléculaire et structurale (UMR 8220 CNRS-UPMC), CNRS-Sorbonne Université

- La conservation-restauration et la recherche sur les vitraux de la cathédrale Notre-Dame de Paris

Claudine LOISEL | Ingénieure de recherche, responsable du pôle scientifique Vitrail, Laboratoire de recherche des monuments historiques (LRMH)
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- Notre-Dame de Paris, matériaux et construction

Rémi FROMONT, ACMH | Covalence Architectes - Pascal PRUNET | Architecte en chef des Monuments Historiques
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Conférence Plénière de clôture
Animateur : Mehran MOSTAFAVI | Université Paris-Saclay / Directeur Adjoint Scientifique INC/CNRS

- Matériaux du patrimoine, compréhension du passé, prévision du futur. Quelques exemples

Philippe DILLMANN | Directeur de Recherche - CNRS
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Conception graphique : CB Defretin | Images : © Renato SALERI / MAP / Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris / Ministère de la culture / CNRS – © Cyril FRESILLON / IRAMAT / NIMBE / ArScAn / CEA / Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris / Ministère de la culture / CNRS – © V. ABERGEL/A. GROS/MAP/MIS/Vassar College/A-BIME/Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris/Ministère de la culture/CNRS – © V. ABERGEL/L. DE LUCA/MAP/SRA-DRAC/AGP/MIS/Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris/Ministère de la culture/CNRS – © Cyril FRESILLON / AASPE / CNRS Photothèque – © Kévin JACQUOT / MAP / Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris / Ministère de la culture / CNRS – © V. ABERGEL/L. DE LUCA/MAP/SRA-DRAC/AGP/Vassar College/MIS/Chantier Scientifique Notre-Dame de Paris/Ministère de la culture/CNRS

Maurice Goldhaber meurt le 11 mai 2011 à Setanket-East Setauket dans le comté de Suffolk situé dans l’état de New York à plus de cent ans puisqu’il était né le 18 avril 1911 à Lemberg dans l’Empire austro-hongrois. Cette ville est, de nos jours, en Ukraine et porte le nom de Lviv.

Après la première guerre mondiale, la famille s’installe à Chemnitz dans l'est de l'Allemagne. À Chemnitz, Maurice Goldhaber fréquente le lycée. Il apprend le latin, le français et l’anglais en plus des matières scientifiques. Il obtient l’abitur, équivalent du baccalauréat, en 1930 et décide d’entreprendre des études de physique à Berlin.

À cette époque, de nombreux physiciens de renom enseignent à Berlin comme Max Planck (1858-1947), Albert Einstein (1879-1955), Max von Laue (1879-1960), Walther Nernst (1864-1941), Erwin Schrödinger (1887-1961), Otto Hahn (1879-1968) et Lise Meitner (1878-1968). Il reste trois ans à l’université à Berlin et trouve le cours de Lise Meitner sur la physique nucléaire très stimulant. C’est dans le cours de von Laue qu’il rencontre Gertrude Scharff (1911-1998) qui deviendra son épouse.

En 1933, avec les recommandations d'Erwin Schrödinger et de Max von Laue, il est accepté par Ernest Rutherford (1871-1937) comme étudiant au laboratoire Cavendish. Ce laboratoire est le département de physique de l’Université de Cambridge, il a été fondé en 1874 et porte le nom d’un physico-chimiste anglais talentueux Henry Cavendish (1731-1810). Rutherford le dirige de 1919 à sa mort en 1937.

Maurice Goldhaber a rapidement apporté sa première contribution majeure lorsqu'il a suggéré à James Chadwick (1891-1974), qui avait découvert le neutron en 1932 que le deutéron pourrait être désintégré par des photons à haute énergie. Ils travaillent ensemble et ils publient en 1934 la première mesure précise de la masse du neutron. Grâce à Chadwick la structure de l’atome a été complétée, le noyau est constitué de charges positives les protons et de charges neutres les neutrons autour sur des trajectoires elliptiques se déplacent des charges négatives les électrons ; l’atome est neutre électriquement, il possède autant de protons que d’électrons. Le deutéron encore appelé deuton est le noyau du deutérium, isotope naturel de l’hydrogène. Il contient un proton et un neutron. Les isotopes d’un même élément chimique possèdent le même nombre de protons et un nombre de neutrons différents.

Ces travaux lui permettent d’obtenir le doctorat en physique à l'Université de Cambridge en 1936. Dans le journal Le Temps du 15 septembre 1936, on peut lire dans la rubrique Causerie scientifique : « Or, tout dernièrement Chadwick et Goldhaber ont ouvert une nouvelle voie en montrant qu’un deuton frappé par les rayons gamma se dédouble en donnant un proton et un neutron. » Les rayons gamma sont un rayonnement électromagnétique d’un photon, ils ont une grande énergie et sont de nos jours utilisés en médecine nucléaire ainsi qu’en imagerie médicale.

N’obtenant pas de poste, il part aux États-Unis en 1938 et accepte un poste de professeur à l'Université de l'Illinois. Il est reconnu comme un expérimentateur créatif dans le domaine nucléaire. Mais Il va quitter l’Illinois car sa femme, Gertrude Scharff Goldhaber ne peut pas obtenir un poste rémunéré. Il part, en 1950, au laboratoire national de Brookhaven car sa femme est embauchée. Ce laboratoire a été créé en 1947 sur le site d’une ancienne base militaire américaine Camp Upton sur Long Island. Il dépend du département de l’énergie des États-Unis et son domaine est la physique nucléaire.

Il détermine en 1968, l’hélicité du neutrino avec Lee Grodzins (1926- ) et Andrew Sunyar (1920-1986). Ils montrent que le neutrino a une hélicité gauche car son spin est orienté dans le sens opposé à son mouvement. Le neutrino est une particule élémentaire électriquement neutre. Le spin est une des propriétés des particules en physique quantique. Il caractérise le moment angulaire intrinsèque. Un électron se déplace autour du noyau de l’atome, il a un moment angulaire orbital, il tourne aussi sur lui-même, c’est le moment angulaire intrinsèque ou spin. Si le spin est entier ou nul, les particules portent le nom de bosons. Si le spin est demi-entier, les particules sont nommées fermions. Les électrons et les neutrinos sont des fermions.

Au nom de la commission de l’énergie atomique des États-Unis, en 1968, il dépose un brevet pour l’invention d’un composé hélium-néon permettant l’étude des interactions du neutrino dans les chambres à bulles. Il dirige le département de physique à partir de 1960 et en 1961, il est nommé directeur, poste qu’il conservera jusqu’en 1973. Avec Edward Teller (1908-2003), il propose le modèle dit Goldhaber-Teller qui décrit la résonance géante dipolaire, celle-ci est due à la vibration groupée des neutrons en opposition à la vibration groupée des protons. La société américaine de physique l’élit président en 1982.

Bien que retraité en 1985, il continue de travailler jusqu’à plus de 90 ans. Sa dernière publication date de mai 2011, elle est écrite avec son fils Alfred. Il a obtenu de nombreux prix. En 1971, le prix Tom Wilkerson Bonner en physique nucléaire lui est attribué. Ce prix existe depuis 1964 en mémoire de Bonner (1910-1961). Il récompense des travaux en physique nucléaire et est décerné tous les ans.

Il reçoit le prix J. Robert Oppenheimer en 1982 attribué par le centre d’études théoriques de l’université de Miami depuis 1969. Robert Oppenheimer (1904-1967) est le père du projet Manhattan qui conduira à la fabrication de la bombe A qui a été utilisée à Hiroshima et à Nagasaki.

Puis en 1983, il reçoit la médaille nationale des sciences. Cette médaille est décernée par le président des États-Unis qui choisit les personnes à récompenser parmi une liste établie par la Fondation nationale scientifique. Elle récompense un travail important dans le domaine des sciences sociales, de la biologie, de la chimie, de l’ingénierie, des mathématiques et de la physique ainsi que des sciences du comportement.

Il obtient le prix Wolf en physique en 1991. Ricardo Wolf (1887-1981) est un inventeur d’origine allemande qui a été ambassadeur de Cuba en Israël et qui a créé une fondation. Depuis 1978, la Fondation Wolf attribue tous les ans en Israël six prix à des personnalités pour des réalisations dans l’intérêt de l’humanité et des relations pacifiques entre les peuples sans considération de nationalité, de religion, de couleur, de sexe ou d’opinion politique. Les prix Wolf récompensent des travaux en agriculture, mathématiques, médecine, chimie, physique et art, ils ne sont pas remis tous les ans. En physique et en chimie, les prix sont justes un peu moins prestigieux que le prix Nobel, souvent les lauréats du prix Wolf obtiennent le prix Nobel dans les années qui suivent.

Enfin, en 1999, le prix Enrico Fermi lui est attribué. Ce prix, décerné par les États-Unis à des scientifiques ayant œuvré dans le domaine de l’énergie, est administré par le département de l’énergie des États-Unis. Une médaille en or à l’effigie d’Enrico Fermi (1901-1954) est remise à celui qui reçoit ce prix.

En 2001, le laboratoire national de Brookhaven crée les bourses Gertrude et Maurice Goldhaber en leur honneur. Ces bourses sont décernées à de jeunes scientifiques qui ont déjà des titres et aussi du talent ainsi que des compétences exceptionnelles et dont les recherches montrent une indépendance d’esprit et une curiosité pour des domaines proches de leur sujet.

En 2008, le laboratoire célèbre le 50^e anniversaire de la découverte de l'hélicité des neutrinos en donnant une conférence. Maurice Goldhaber, qui a 97 ans, est présent et monte sur l’estrade afin de présenter son point de vue sur l'avenir de la physique.

En août 2009, il déménage près de son fils, Alfred, un professeur de physique à l'Université Stony Brook. Son travail, bien que plus lent, continue. Avec son fils Alfred, il s'est mis à démontrer l'impraticabilité de remarquer l'hélicité inversée des neutrinos, l’article est publié dans Physics Today en mai 2011.

Maurice Goldhaber décède après une courte maladie le 11 mai 2011. Il a formé de nombreux chercheurs et plusieurs de ses élèves ont obtenu le prix Nobel.

Pour en savoir plus

Maurice Goldhaber, P. D. Bond et L. Grodzins, Physics Today (2011) 64 (10), 65
Maurice Goldhaber - A biographical memoir (PDF), R. P. Crease and A. S. Goldhaber, sur le site de National Academy of Sciences
Revue Scientifique 1/01/1939 p. 122 sur Gallica (BNF)

Illustration : Maurice Goldhaber probablement en 1937 GFHund — Travail personnel / Wikimedia, CC BY 3.0

Dans la région provençale, la garance est cultivée pour donner la couleur garance utilisée en teinture. À Avignon, la chambre de commerce propose un concours en 1858 sur la garance : Trouver un procédé usuel propre à reconnaître d’une manière sûre et facile, dans la Garance et les divers produits qui en dérivent, toute espère d’altération ou de mélange ayant un caractère frauduleux. Jean-Henri Fabre (1823-1915), professeur de physique et de chimie au lycée impérial d’Avignon, entreprend des travaux sur la garancine qui est de la poudre de racine de garance. Ces derniers sont récompensés par la chambre de commerce car il obtient le premier prix.

Dès 1826, Pierre-Jean Robiquet (1780-1840) et Jean-Jacques Colin (1784-1865) étudient la racine de garance et isolent deux colorants l’alizarine et la purpurine.

De 1859 à 1861, Jean-Henri Fabre dépose quatre brevets d'invention touchant à l'analyse des fraudes, mais surtout à l'alizarine pure, qu'il a réussi à extraire. Le 30 juillet 1859, le brevet porte le titre de L’obtention d’une garance épurée, au pouvoir tinctorial accru : la paludine.

Mais, en 1868, alors qu’ils travaillent chez BASF, Carl Graebe (1841-1927) et Carl Liebermann (1842-1914) découvrent l’alizarine synthétique qu’ils obtiennent à partir de l’anthracène tiré du goudron de houille. Un brevet est déposé et l’alizarine est commercialisée dès 1871. À un jour près, William Henry Perkin (1838-1907) réalise la même synthèse. L’alizarine est la 1,2-dihydroxyanthraquinone de formule C₁₄H₈O₄ et de formule développée :

Cette découverte est catastrophique économiquement pour les régions où la garance est cultivée comme la Provence, l’Alsace et la Hollande car l’alizarine synthétique est peu chère et les quantités obtenues sont très importantes. En 1885, l’Allemagne produit en 20 jours autant d’alizarine que le département du Vaucluse et ses environs en une année entière.

Pour Jean-Henri Fabre aussi, c’est une catastrophe car il vient de passer pratiquement dix années à trouver des procédés pour améliorer l’obtention de l’alizarine naturelle et tout ce travail n’aura servi à rien.

C’est ainsi que les soldats français sont partis au combat en août 1914 avec des képis et des pantalons rouges, colorés non plus par la garance issue des cultures françaises mais par l’alizarine produite par l’Allemagne !

Cette tenue historique, nécessaire à la visibilité du soldat sur le champ de bataille enfumé par la poudre noire, devenait un handicap après l’invention de la poudre sans fumée en 1884. Après des tergiversations politiques et idéologiques, il fut décidé qu’il s’agissait maintenant de combattre sans être vu. Ce n’est que fin 1915 que l’intégralité des soldats français a pu disposer de la tenue « bleu horizon » dont le colorant provenait de l’indigo synthétique produit par les Britanniques.

Pour en savoir plus

• Altérations frauduleuses de la garance et de ses dérivés : Mémoires récompensés au concours ouvert à Avignon sur cette question, Chambre de commerce et d'industrie (Avignon), sur le site Gallica (bnf.fr)
• Jean-Henri Fabre, Thèses, Brevets inédits et Mémoires, sur le site e-fabre.com
• L’œuvre de Jean-Henri Fabre, A. Lécaillon, Revue pédagogique (1916) 68-1, pp. 278-297
• L'uniforme du fantassin français en 1914 et 1916, PDF disponible sur le site du Musée de l'Armée-Invalides (rubrique Fiches objets > Dans les collections)
• Rouge garance : une couleur martiale, F. Deherly,  Le Blog Gallica (2021)

Illustration : Soldat français de la Première Guerre mondiale en 1914 (in coll. Mémorial de Verdun) Image retouchée (Antonov14)/Wikimedia, licence CC BY-SA 3.0