Christian Schönbein

Christian Schönbein

Christian Friedrich Schönbein né le 18 octobre 1799 à Metzingen, principauté du Wurtemberg souabe en Allemagne et décédé le 29 août 1868 à Sauersberg, près de Baden Baden, au pays de Bade est un chimiste allemand, naturalisé suisse dans le canton de Bâle ville. Ses études de longue haleine permettent en son temps de mieux connaître l'élément oxygène, en particulier la molécule ozone, et les phénomènes associés à la réactivité de l'oxygène. Il est en 1845/1846 le découvreur aujourd'hui oublié de la nitrocellulose sous les deux formes de coton poudre et de collodion^[1].

Ce professeur de physique, de chimie et de minéralogie, fervent défenseur de l'approche panchimique de Jöns Jakob Berzelius est aussi l'inventeur du mot géochimie en 1838.

Vie professionnelle, études...

Le jeune wurtembourgeois Schönbein issu d'une famille piétiste commence à treize ans en 1812 un apprentissage à Böblingen dans une apothicairerie devenue petite fabrique de produits pharmaceutiques. L'autodidacte parvient sept ans plus tard à être responsable de fabrication. Mais à 20 ans, il décide de rencontrer le professeur Kielmeyer à Stuttgart, exprimant le désir de se lancer simultanément dans des études de chimie. Le professeur ayant testé ses aptitudes l'admet en 1819 à son université de Tubingue, puis l’envoie à l'université d'Erlangen auprès de Justus Liebig et de Schelling. À partir de 1823, Schönbein enseigne la chimie, la minéralogie et la physique d'abord à Keilhau en Thuringe et finalement en 1826 à Epsom en Angleterre. Son séjour britannique lui fait connaître aussi l'Écosse. En 1827, il suit les cours de Gay-Lussac en amphithéâtre de la Sorbonne à Paris. Dès 1828, il est chargé de cours auprès de la chaire de chimie et de physique de l'Université de Bâle. En 1835 il y est nommé professeur titulaire et épouse Emilie Benz. Le couple qui aura trois enfants passe la plus grande partie de leur vie à Bâle, et accède à la nationalité suisse. De 1848 à son décès, le chimiste respecté siège au parlement cantonal de Bâle.

Un esprit libre à l'aube de la chimie bâloise

Schönbein apparaît un chercheur assez isolé. Mais il ne faut se méprendre car il a entretenu des correspondances épistolaires suivies avec de nombreux chimistes européens, parmi lesquels Berzelius et Faraday ne sont pas les moindres. Outre le thème précoce de l'isomérie puis ultérieur de la catalyse, il commence ses véritables recherches méticuleuses avec le phénomène de passivation du fer et de l'étain^[2]. Elles débouchent sur des études d'électrolyse, dont les résultats, ne serait-ce que pour comprendre la conductivité d'un bain électrolytique et la genèse de produits raffinés aux électrodes, appellent une théorie de la migration des ions. Il retrouve alors les chemins de pensée du grand chimiste suédois Berzelius.

En 1839, l'électrolyse des solutions diluées d'acides comportant l'élément oxygène, tels que l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique, révèle à l'anode de platine ou d'or un dégagement d'un gaz à "odeur piquante". Cette matière volatile à odeur prenante, Schönbein la qualifie même d'"électrique".

Découverte de l'ozone, études des réactions avec l'oxygène

La légende professorale veut que ce soit au cours d'expériences de chimie qu'il faisait devant ses étudiants, en 1839, notamment l'oxydation ménagée du phosphore et l'électrolyse de l'eau, qu'il identifie cette odeur particulière semblable à celle qui environne les décharges électriques dans l'air. Schönbein parvient à associer cette odeur à un gaz qu'il appelle « ozone », à l'aide d'un mot grec signifiant « odeur, senteur » proposé par un collègue philologue.

Schönbein présente sa découverte dans une lettre adressée à l'Académie des Sciences de Paris en 1840, intitulée « Recherches sur la nature de l'odeur accompagnant certaines réactions chimiques ».

Il fait publier dans les Annales de physique en 1840 le signalement de ce gaz qu'il dénomme ozone le caractérisant ainsi par son odeur. Mais aucune formule chimique n'est proposée. En 1844, il constate que l'auto-oxydation du phosphore blanc produit aussi de l'ozone.

Ce n'est qu'en 1849 que Schönbein, longtemps sceptique, admet que l'ozone n'est qu'une forme de l'oxygène, identifiée en 1844 par les chimistes Marignac et Auguste de la Rive.

Il entreprend une étude de l'oxygène atmosphérique et de toutes les manifestations chimiques qui lui sont associées. Il établit alors la différence entre combustion et (auto)oxydation lente.

Schönbein constate que l'oxydation lente par l'ozone O₃ dans l'eau se réalise par la formation préalable d'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène H₂O₂. L'oxydation est très rare sans cette présence.

Il met au point l'oxydation catalytique de l'ammoniac NH₃ en nitrite, dérivé de l'acide nitreux HNO₂. Schönbein cherche ici à comprendre la capacité qu'ont certaines plantes de fixer l'azote de l'air en engrais ammoniaqués, puis nitrés ou nitratés.

L'étude de la respiration lui permet de découvrir le blocage de la respiration par l'acide cyanhydrique.

Ses études sur la respiration et l'oxydation lente l'invitent en fin de carrière à s'intéresser à la composition chimique des aliments et celle des parties composantes du vivant, les principaux organes, la peau, les poils, les cheveux ou cils, des plantes et des animaux.

Schönbein a également découvert :

• les propriétés catalytiques du ruthénium, en particulier celles qui, sans rien perdre sans rien céder, lui permettent de décomposer l'eau par l'intermédiaire du chlore :
  • 2H₂O + 2Cl_{2 gaz} → 4HCl _aqueux + O_{2 gaz}
  • Il s'agit de l'oxydation de l'eau (par le gaz chlore en milieu aqueux) en présence de ruthénium.
• la catalyse hétérogène de la réaction de décomposition de l'eau ou d'électrolyse de l'eau, technique à l'origine de la « pile à combustible » employant la mousse de platine.

Découverte du fulmicoton

Quoique sa femme le lui eût expressément défendu, Schönbein expérimentait volontiers dans la cuisine familiale. Un jour de 1845, il essuya les taches d'acide nitrique et d'acide sulfurique avec un torchon qu'il suspendit au-dessus du poêle pour le faire sécher : le torchon s'enflamma alors spontanément par le seul fait de la chaleur et disparut presque instantanément sans faire de fumée. La cellulose du torchon s'était muée en nitrocellulose ; les radicaux nitrites formés par apport d'acide nitrique créent une source d'oxygène, c'est-à-dire un comburant, et la chaleur ne fait qu'accélérer l'oxydation de la cellulose.

Schönbein comprit les possibilités ouvertes par cette découverte. La poudre à canon, dont l'usage avait dominé les champs de bataille depuis cinq siècles, explosait en dégageant une fumée noire et compacte, qui salissait les artilleurs, encrassait l'âme des canons et des fusils, et gênait la vision du champ de bataille. La nitrocellulose donnait la clef d'une « poudre sans fumée » ; comme on l'utilisa d'abord pour propulser les obus d'artillerie, elle fut appelée « fulmicoton ».

Les tentatives de production industrielle de fulmicoton piétinèrent longtemps car les usines explosaient les unes après les autres (c'est ainsi que le frère d'Alfred Nobel trouva la mort) ; il fallut attendre 1891 pour que les chimistes James Dewar et Frederick Augustus Abel parviennent à stabiliser le fulmicoton, avec un mélange baptisé « cordite » parce qu'on pouvait la former en longues cordes.

Sources

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Christian Friedrich Schönbein » (voir la liste des auteurs)
• Peter Nolte, « Ein Leben für die Chemie. 200 Jahre Christian Friedrich Schönbein, 1799-1999 ». Metzingen 1999.
• Ulf Bossel, « The Birth of the Fuel Cell (1835-1845). Complete Correnspondence between Christian Friedrich Schoenbein and William Robert Grove ». Oberrohrdorf 2000. (ISBN 3-90559-206-1)
• G. I.Brown, « The Big Bang: A History of Explosives » (1998), Sutton Publishing (ISBN 0-75093-792-0)

Notes

1. ↑ Théophile-Jules Pelouze a montré auparavant la possibilité de nitrer la cellulose, mais Schönbein emploie le mélange acide sulfurique et acide nitrique pour effectuer une réaction complète.
2. ↑ Comment une courte plongée dans un bain d'acides sulfurique et nitrique concentrés provoque-t-elle la passivation de l'acier ainsi trempé ?