Lorsqu’en 1774 paraît le premier tome des Voyages métallurgiques entre 1757 et 1769, son auteur Antoine Gabriel Jars, dit le Jeune, est mort depuis 1769. C’est son frère ainé Gabriel Jars (1729-1808) dit l’Ancien, qui fait imprimer l’ouvrage en trois tomes, les deux derniers tomes seront publiés jusqu‘en 1781. Le premier tome est consacré à la houille et au fer, les deux autres à la métallurgie non-ferreuse. L’ensemble est constitué de mémoires.

Gabriel Jars le Jeune est né en 1732 à Lyon. Son père est Directeur des mines et Jars le Jeune s’intéresse très tôt à la métallurgie. Remarqué par ses professeurs, il entre à l’École royale des Ponts et Chaussées à Paris en 1752 dans une classe spéciale réservée aux mines. Cette école fondée en 1747 par Daniel Charles Trudaine (1703-1769), a pour mission de former les techniciens et les ingénieurs. Trudaine comme Jean Hellot (1685-1766) veut faire avancer le bien-être de la société grâce au progrès technique par l’éducation, la formation et l’apprentissage. Le jeune Gabriel est envoyé en stage dans les mines de plomb argentifères de Poullaouen en Bretagne. Puis sur d’autres sites comme les mines d’argent de Sainte-Marie aux Mines en Alsace.

Ses études terminées, il revient dans l’exploitation familiale où il met en œuvre un four à réverbère où la chaleur du four est réfléchie par la voute du four, ainsi qu’un four à cuivre.

Grand ingénieur d’Etat, sa réputation lui vaut dans les années 1750-1760 de devenir membre correspondant de l’Académie royale des Sciences de Paris en 1761 puis d’être élu, simultanément à Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), au fauteuil de chimie laissé vacant en 1768 par le Théodore Baron d’Hénouville (1715-1768). Gabriel Jars est ainsi récompensé pour son apport.

Gabriel Jars voyage dans une grande partie de l'Europe Centrale et en Grande-Bretagne, afin de rapporter en France le meilleur des pratiques techniques qu’il croise et relève en chemin. Trois années durant, de 1757 à 1760, accompagné de Jean-Pierre-François Guillot-Duhamel (1730-1816), il visite des mines et des fonderies dans de nombreuses régions : Saxe, Autriche, Bohême, Hongrie, Tyrol, Carinthie et Styrie. Puis, de nouveau à la demande du gouvernement, il part l’année 1765 complète en Angleterre. À peine revenu en France, il repart vers les pays du nord en compagnie de son frère. Ils commencent leur périple par la Hollande et ses manufactures, puis le Hanovre, séjournent quatre mois dans les montagnes du Harz, parcourent une partie de la Saxe puis se rendent à Hambourg, de là à Copenhague, puis aux mines d'argent de Kongsberg en Norvège et enfin en Suède.

Ensuite, il réalise des missions en France afin d’étudier les mines près de Langeac, actuellement en Haute-Loire. Mais la forte chaleur le rend malade et il est ramené à Clermont-Ferrand où il meurt d’insolation le 20 août 1769.

Il a passé l’essentiel de sa vie à voyager à travers l’Europe et à observer les techniques employées dans les forges, pour les introduire sur le territoire français, avec le souci permanent de lier théorie et pratique. Son journal de voyage permet de recueillir des informations au jour le jour et ce travail devient au XIX^e siècle, l’exercice obligé de tous les élèves ingénieurs des Écoles des Mines de Paris comme de Saint-Étienne.

Gabriel Jars le Jeune est un métallurgiste, créateur de la sidérurgie française et aussi un innovateur en introduisant des nouveaux procédés. On lui doit la fonte au coke ; le procédé de fabrication du minium, qu’il présente à l’Académie des Sciences en avril 1768. Pour lui, le charbon et le fer sont les éléments essentiels du développement technique. Enfin, il installe au Creusot un grand centre industriel qui existe toujours.

Son ami, Jean-Pierre-François Guillot-Duhamel continuera l’œuvre de Gabriel Jars en introduisant des procédés nouveaux comme la cémentation de l’acier. Il collaborera à l’Encyclopédie méthodique d’Antoine-François Fourcroy (1755-1809) en rédigeant les articles concernant les mines et la métallurgie.

Pour en savoir plus

• La famille Jars et sa contribution à l'exploitation des mines lyonnaises au XVIII^e et au XIX^e siècles, Alexis Chermette, Publications de la Société Linnéenne de Lyon (1981) Vol 50-5 pp. 1-11
• Jars Le voyageur innovant Anne-Françoise Garçon (2000) ⟨halshs-00008092⟩
• Les Voyages métallurgiques de Gabriel Jars (1774-1781), un imprimé au service de l’art de l’exploitation des Mines, Isabelle Laboulais, in  Les circulations internationales en Europe (1680-1780), Presses Universitaires de Rennes (2010) pp.181-196

Illustration : Un haut fourneau au temps de Jars, La Nature. Revue des sciences et de leurs applications aux arts et à l'industrie (1935)  deuxième semestre, Cnum - Conservatoire numérique des Arts et Métiers, oeuvre du domaine public http://cnum.cnam.fr

Les hommes ont utilisé des métaux dès la préhistoire, mais il faut attendre la fin du XVIII^e siècle pour voir apparaître les premières constructions métalliques. L’une des plus anciennes au monde et la première en France, est située au Muséum sur le sommet du monticule que recouvre le labyrinthe du Jardin des Plantes. Cette butte, incluse dans le Jardin royal des Plantes médicinales dès sa fondation avec l’acquisition du Clos Coypeaux (1633), n’est pas naturelle, mais a été constituée au Moyen Âge par l’accumulation de détritus et de gravats provenant de Paris et de ses faubourgs. Avant 1609, sur son sommet tournait un moulin à vent, qui a été supprimé par la suite.

Aujourd’hui, le promeneur du Jardin des Plantes attiré par cette butte, son labyrinthe végétal et son cèdre historique, ne manque pas d’être intrigué par une étonnante construction métallique qui la domine. Issue d’un cheminement à but initiatique, empreinte des sociétés secrètes et des grands initiés de la fin du XVIII^e siècle, la Gloriette nous plonge en plein ésotérisme.

Aménagements de la butte et du labyrinthe

À l’origine, la butte Coypeaux, censée être affectée aux plantations botaniques, avait été plantée de variétés de vignes dont le vin était apprécié des administrateurs. Colbert les avait fait arracher en 1671 pour les remplacer par diverses espèces de plantes et d’arbres rares. Au sommet se trouvait dès 1640 un robinier. Sous le nom de « grand labyrinthe » la butte était une promenade parcourue par un chemin en spirale. Vers 1784, le botaniste André Thouin, jardinier en chef, projeta de l’embellir par l’aménagement d’une statue de Georges-Louis Leclerc comte de Buffon (1707-1788) pour lui rendre hommage. Mais Buffon refusa, disant qu’il ne pouvait « consentir à aucune dépense qui aurait trait à sa gloire personnelle ». Fut alors proposée, à la demande de Buffon la construction d’un kiosque, nommé Gloriette ⁽ⁱ⁾, réalisée et érigée en 1786-1787. Elle est classée au titre des Monuments Historiques depuis 1993.

C’est Edme Verniquet ⁽ⁱⁱ⁾ (1727-1804), architecte du roi Louis XVI, qui en a dessiné les plans et Claude-Vincent Mille, serrurier du roi, qui l’a construite. Sa structure métallique est en fer et en fonte, produits dans les forges de Buffon à Montbard, où le naturaliste faisait beaucoup d’expériences pour en améliorer la qualité.

La Grande Forge de Buffon à Montbard

Au milieu du XVIII^e siècle, de nombreuses expériences sont réalisées sur la résistance des matériaux, tout particulièrement sur celle du fer. Parmi celles-ci, on doit distinguer celles de Buffon qu’on peut considérer comme l’un des pionniers de la métallurgie. Dès 1768 il avait fait construire une forge dans sa propriété de Buffon, sa ville natale proche de Montbard en Bourgogne et avait fait un laboratoire de sciences appliquées. Son but était d’optimiser les étapes de la fabrication du fer forgeable et ainsi d’améliorer la qualité de la fonte de fer.

À la fin du XVIII^e siècle, 400 ouvriers y travaillaient à produire environ 450 tonnes de fer par an. Elle était considérée comme la plus innovante de l’époque. Le minerai de fer y était chauffé à 1200°C pendant 12 h dans le haut-fourneau avec du charbon de bois ou du charbon de terre (coke), pour être alors réduit à l’état de fonte (alliage de fer et de carbone), puis dans la forge d’affinerie elle était transformée en un matériau plus résistant et plus flexible, le fer ⁽ⁱⁱⁱ⁾. Enfin la production était facilitée par l’organisation des bâtiments industriels et leur proximité des logements des ouvriers. Cette forge avait aussi produit le fer utilisé par Buffon pour fabriquer les grilles qui entourent le Jardin des Plantes, ainsi que diverses rampes d’escalier et des ferronneries.

C’est vers cette époque que l’on a commencé à distinguer le fer, l’acier et la fonte, mais leur connaissance précise sur la base du taux de carbone qu’ils contiennent ne viendra qu’au début du XIX^e siècle. Buffon a été l’un des fondateurs de la « Compagnie pour l'exploitation du charbon de terre (houille/coke) », afin de développer la fabrication du coke déjà expérimentée par les Anglais à une échelle importante. Mais son vaste domaine forestier lui fournissant du charbon de bois à bon compte il a plutôt utilisé ce dernier. Buffon était soucieux d’appliquer les sciences au service de ses entreprises. Il était ami d’Antoine-Gabriel Jars (le jeune), inspecteur des forges royales et célèbre pour ses « Voyages Métallurgiques » en Europe au cours desquels il étudiait les différentes méthodes utilisées dans chaque pays. S’en inspirant, Buffon écrivait en 1768 « je suis parvenu à faire avec nos plus mauvaises mines de Bourgogne du fer d’aussi bonne qualité que celles de Suède ».

La construction de la Gloriette, ses symboles et ses problèmes

Les travaux de la Gloriette ont commencé en avril 1786 et ont été terminés en mars 1787. Haute de plus de 8,1 m, de forme circulaire avec un diamètre d’environ 4,2 m, elle est composée de huit colonnes formant une armature en fonte de très haute qualité. Elle présente des superstructures et des décorations composées de divers métaux, qui dissimulent en grande partie l’ossature en fer. Elles étaient fixées par des rivets, car la soudure n’existait pas encore à cette époque.

A l’origine, la Gloriette était surmontée, d’une « sphère armillaire ^(iv) » en fonte et cuivre, modélisant le mouvement des étoiles. Elle renfermait un gong qui marquait le midi solaire : à midi, une loupe focalisait les rayons du soleil sur un fil de crin, ce qui le brûlait provoquant sa rupture et par suite déclenchait un mécanisme qui frappait les douze coups de midi sur un tambour chinois. Le fil était changé chaque jour. Ce mécanisme a aujourd'hui disparu.

Sans fonction matérielle en dehors de proposer un point de vue sur Paris, l’édifice a une valeur symbolique qui tient notamment à l’utilisation d’une variété de métaux. En effet, elle est caractérisée par l’emploi de sept métaux : or, argent, cuivre, fer, étain, plomb et mercure, renvoyant au symbolisme alchimique des éléments et à l’astrologie antique. Une correspondance avait été établie entre les sept « planètes », en fait le soleil, la lune et les cinq planètes observables à l'œil nu, reliées aux sept couleurs de l’œuvre alchimique et elles-mêmes associées aux dieux du panthéon gréco-romain.

Mais outre le sens symbolique, le mélange de métaux a eu un effet néfaste sur la stabilité de cette construction en favorisant la corrosion par effet de pile, liée à l’exposition aux intempéries, pluie et atmosphère humide. La Gloriette au cours du temps s’est transformée en une pile polymétallique, ce qui a conduit à la dégradation des éléments constitutifs par électrolyse et par suite la corrosion de l’ensemble. Ces phénomènes d’électrolyse n’étaient pas connus au moment de la construction, car la découverte du courant électro-galvanique par Louis Galvani date de 1789 et le développement des piles par Volta est encore ultérieur.

Ainsi, malheureusement les matériaux, structure en fer et décorations, se dégradèrent rapidement par électrolyse, ce qui avait conduit à une première restauration en 1983 et l’édifice avait alors retrouvé son aspect originel. Mais ensuite, les intempéries, la pollution, la corrosion et la stagnation des eaux, entre autres, ont à nouveau détérioré les décors et fragilisé la structure, la rendant potentiellement dangereuse pour le public. Ce qui a contraint le Muséum à fermer son accès en 2016. Pour réaliser une rénovation intégrale, le Muséum a alors lancé un appel aux dons auprès du grand public et de ses mécènes, qui ont largement répondu, en particulier la Fondation de la Maison de la Chimie a fortement soutenu cette rénovation. La restauration, effectuée en atelier (par La Forge d'Art Loubière), a débuté par le sablage des principales pièces métalliques de la structure, afin de nettoyer le support en fonte sans l’abîmer et de permettre une bonne adhésion avec la couche métallique utilisée pour le protéger contre la corrosion et la rouille. Cette métallisation, deuxième étape de la restauration, a été réalisée par projection au moyen d’un pistolet à flamme, d’un fil constitué d’un alliage zinc/aluminium (85%/15%). Puis, les différentes pièces ont été « montées à blanc », c’est-à-dire assemblées provisoirement en atelier pour vérifier la stabilité de l’ensemble et enfin remontées définitivement sur le site.

En 2018, la Gloriette a été ainsi mise en sécurité et le lieu a retrouvé tout son charme, vérifiant la devise autrefois inscrite sur la corniche « Horas non numero nisi serenas (Je ne compte que les heures heureuses) ».

Notes

(i) Gloriette : nom issu des pavillons où les guerriers antiques étaient glorifiés.
(ii) Verniquet a été aussi l’architecte du Grand Amphithéâtre du Muséum (1787-1788) et a coordonné le Plan de la Ville de Paris dans sa nouvelle enceinte (1796) qui constitue la première représentation topographique exacte de Paris.
(iii) Fer/Fonte/Acier : la différence physique entre la fonte, le fer et l’acier tient à la teneur en carbone. Il faut attendre le début du XIX^e siècle pour que la distinction entre « fer », « acier » et « fonte » se fonde sur le taux de carbone contenu dans l’alliage.
(iv) Sphère armillaire : utilisée autrefois pour modéliser la sphère céleste selon la représentation géocentrique (système de Ptolémée), et le mouvement apparent des astres autour de la Terre qui était considérée alors comme le centre de l’univers (du latin armilla, cercle ou bracelet).
* Iron Bridge : ce pont sur le fleuve Severn à Shropshire en Angleterre, au N-O de Birmingham, est la première grande structure métallique réalisée en 1779. D'une portée de 30,60 m, il est constitué de 384 tonnes de fonte de fer.
* Le pont des Arts est le premier pont métallique parisien. Construit en 1801, traversant la Seine il joint le Louvre à l’Institut. Sa passerelle était alors constituée de huit arches en fonte.

Pour en savoir plus

- Le belvédère du labyrinthe. Laissus Yves, Pronteau Jeanne, Gotteland Andrée, préface de Jean Dorst (1985) Ed. Muséum national d’Histoire naturelle - Hachette.
- Buffon. La nature en majesté. Laissus Yves (2007) Ed. Découvertes Gallimard Sciences et Techniques.
- Les Voyages métallurgiques, Gabriel Jars (1774) sur le site de la BNF ;  Les Voyages métallurgiques de Gabriel Jars (1774-1781), un imprimé au service de l’art de l’exploitation des mines. Isabelle Laboulais (2010) Presses universitaires de Rennes, pp.181-196
- Des voyages métallurgiques au XVIII^e siècle. Catherine Marchal (site Mediachimie.org)
- L’acier en Europe avant Bessemer. Ph. Dillmann, L. Hilaire-Pérez et C. Verna ; Colloque. Internat. (2005) Musée des arts et métiers ; La question de l’acier en France au XVIII^e siècle : l’histoire d’un rendez-vous manqué entre science et industrie. Jean-François Belhoste. In : L’acier en Europe avant Bessemer (2011) Ed. Presses universitaires du Midi
- Histoires de fontes. Les descriptions du XVIIIe siècle. Partie III : Propositions pour l'interprétation physicochimique de l'affinage des fontes au bas foyer. Jean Le Coze. Comptes Rendus Chimie Vol. 12 (2009)  pp. 297-318

En 2021, plus des deux tiers de la population mondiale utilisaient au moins un téléphone portable et ce nombre ne cesse de croître au fil des ans. La transition énergétique, comme celle des moteurs thermiques vers le « tout électrique » à l’horizon 2035 en Europe, va engendrer de nouvelles tensions sur le marché des matières premières stratégiques. En effet, cela impose d’en extraire de plus en plus ; c’est le cas du lithium utilisé dans les batteries, ou plus exactement, dans les « accumulateurs électriques » de tous ces objets mobiles.

À partir d’une série de questions, nous allons étudier certains aspects des batteries lithium-ion pour lesquelles trois chercheurs et professeurs (britannique, américain, japonais) ont reçu le prix Nobel de chimie en 2019. En nous appuyant, entre autres, sur les ressources du site Mediachimie, nous approfondirons plus particulièrement ceux liés au secteur de la chimie.

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• Programme de la spécialité physique-chimie de terminale générale, partie « Constitution et transformations de la matière » 3. A et C - Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique. 4. Élaborer des stratégies en synthèse organique.
• Programmes de physique-chimie et mathématiques Première STI2D et terminale STI2D, partie « Matière et matériaux » – Oxydo-réduction
• Programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL, partie « Constitution de la matière » -Réactions d’oxydo-réduction

Nous sommes aujourd’hui très familiers avec la lumière laser et ses utilisations : du pointeur à diode laser que l’on peut aisément se procurer dans le commerce au lecteur de code-barres des caisses de supermarchés, en passant par l’épilation ou la chirurgie laser... cette lumière extraordinaire a pris une place grandissante dans notre quotidien.  Mise à l’honneur par un nouveau prix Nobel cette année, le rayonnement laser et la compréhension de son interaction avec la matière a permis de nombreuses avancées en chimie fondamentale, mais également de multiples applications technologiques et industrielles.

En quoi le laser est-il devenu indispensable aux chimistes théoriciens tout comme aux industriels et quelles nouvelles perspectives peut-il encore leur apporter ?

Parties des programmes de physique-chimie associées

• Programme de la spécialité physique-chimie de terminale générale : « Ondes & signaux »  2. Former des images, décrire la lumière par un flux de photons
• Programme de physique-chimie en BTS « Systèmes Photoniques » partie « Optique ondulatoire : propagation libre d’une onde »
• Programme de physique-chimie en bac pro « Signaux : comment transmettre une information ? – Choisir une source lumineuse »
• Programme de physique-chimie et mathématiques de première STI2D : Ondes et information

Dans le cadre du  colloque " Chimie et Intelligence Artificielle " du 8 février 2023 à la Fondation de la Maison de la Chimie, l’équipe de Mediachimie.org vous propose de tester vos connaissances au travers d'un quiz ludique et instructif.

À vous de jouer !

Le recyclage : composante de l’économie circulaire. La transition écologique est une évolution vers un nouveau modèle économique et social qui apporte une solution globale et pérenne aux grands enjeux environnementaux de notre siècle et aux menaces qui pèsent sur notre planète. Opérant à tous les niveaux, elle vise à mettre en place un modèle de développement résilient et durable qui repense nos façons de consommer, de produire, de travailler et de vivre ensemble.

Ceci étant, en session de clôture du colloque Chimie et Matériaux Stratégiques qui a eu lieu le 09/11/22, Philippe Varin, Président du World Materials Forum depuis 1995, donne quelques chiffres clés sur les enjeux de la transition écologique. En voici quelques-uns :

• actuellement, une personne consomme, en moyenne, 20 tonnes de matériaux par an ;
• un véhicule électrique nécessite six fois plus de matériaux qu’un véhicule thermique ;
• il en est de même pour un kilowatt-heure (kWh) éolien par rapport à un kilowatt-heure produit avec des centrales électriques au gaz ;
• la demande en ressources minières (lithium, nickel, cobalt, etc.) sera aussi en très forte augmentation dans les années qui viennent…

Pour faire face à ce constat et aux changements à opérer, il va de soi qu’il est nécessaire de réfléchir à une éco-conception (ou éco-design) visant à repenser, dès leur conception, toutes les étapes du cycle de vie du produit d’une manière plus responsable et durable. La chimie est bien entendu très sollicitée pour y parvenir.

Dans ce dossier, après avoir défini les contours de l’économie circulaire, nous aborderons quelques exemples du quotidien permettant de souligner le rôle de la chimie dans ce domaine.

Comment le recyclage en chimie contribue-t-il à l’économie circulaire ?

 

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• Les chimistes au coeur de l’économie circulaire
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Le verre : un matériau si ancien et tellement actuel ! Né du sable et du feu, le verre est un des matériaux les plus anciens utilisés par l’Homme. L’histoire de cette découverte, dont l’Encyclopédie de Diderot soulignait qu’elle était la plus merveilleuse et la plus utile depuis celle des métaux, nous fait voyager de Babylone à l’Égypte antique, de Murano à la France de Colbert qui, au milieu du XVII^e siècle, crée Saint-Gobain, et se poursuit encore aujourd’hui dans notre quotidien.

Il y a donc près de 5 000 ans, la découverte du verre aurait été faite par hasard sur la côte syro-palestinienne, sur les rives du fleuve Belus.

Dans son Histoire naturelle, Pline l’ancien raconte : « Des marins phéniciens firent un feu de camp près de Belus en Asie Mineure, et ne pouvant trouver des pierres pour établir leur foyer pour chauffer leurs marmites, ils utilisèrent des blocs de soude qu’ils transportaient dans leur navire. Avec la chaleur du feu, le sable et la soude se transformèrent en pâte de verre. »

L’histoire du verre s’est déclinée au fil des siècles et l’essor récent de la chimie et de la physique permirent de faire des avancées technologiques importantes. Celles-ci sont, par exemple, perceptibles dans nos habitats.

Dans ce dossier, après avoir présentée la fabrication du verre, nous aborderons sa coloration avant de clore sur quelques avancées technologiques le concernant.

Comment la chimie innove sans cesse dans l’industrie du verre ?

 

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