Joseph Louis Gay-Lussac

Joseph Louis Gay-Lussac

Joseph Louis Gay-Lussac (6 décembre 1778 – 9 mai 1850) est un chimiste et physicien français dont la découverte de la loi de combinaison des volumes de gaz dans les réactions chimiques a ouvert la voie à notre compréhension des molécules et des atomes. Il a également démontré que différents gaz se dilatent à la même vitesse lorsqu’ils sont soumis à une augmentation de température à pression constante. Il était un co-découvreur de l’élément bore. Son travail a démontré son talent pour découvrir les principes qui sous-tendent les phénomènes extérieurs, et il a eu un effet durable sur l’histoire de la chimie et de la physique. De plus, il était un grand professeur très recherché.

Biographie

Gay-Lussac est né à Saint-Léonard-de-Noblat, dans le département de la Haute-Vienne. Des trois filles et des deux fils d’Antoine Gay-Lussac, il était l’aîné des garçons. Le père de Gay-Lussac était officier du roi et son grand-père était médecin. En 1789, au début de la Révolution française, ses parents trouvent nécessaire de garder Gay-Lussac à la maison, où il reçoit sa première éducation. Mais en 1795, le Règne de la Terreur s’étant apaisé, il est envoyé à Paris pour préparer son entrée à l’École Polytechnique. Il resta à la Pension Savoure et dans plusieurs autres pensionnats jusqu’à son admission à Polytechnique en 1797.

À Polytechnique, il a reçu une introduction rigoureuse aux mathématiques avancées, à la physique et à la chimie. Au cours de ses études, il attire l’attention du célèbre chimiste Claude-Louis Berthollet, qui restera un ami et un mentor pour la vie. Après trois ans à la Polytechnique, il entre à l’École Nationale des Ponts et Chaussées, et devient peu après démonstrateur et assistant de Berthollet. Berthollet l’emmène dans son laboratoire privé d’Arcueil, où il entre en contact avec le physicien-mathématicien Pierre-Simon Laplace. Ces deux scientifiques ont exercé une profonde influence sur sa carrière.

La loi de l’expansion des gaz

En 1802, il est nommé démonstrateur de A. F. Fourcroy à l’École Polytechnique. La même année, il publie un important article sur les propriétés des gaz. Gay-Lussac a constaté que la vitesse à laquelle tous les gaz se dilatent avec l’augmentation de la température est la même. Ce fut une découverte importante, car elle a ouvert la voie au concept de zéro absolu, la température à laquelle les volumes de tous les gaz sont réduits à zéro. C’est également à cette époque qu’il se lance dans une série ambitieuse d’expériences impliquant des phénomènes aussi divers que le comportement des fluides et des vapeurs, et l’amélioration des thermomètres et des baromètres.

Gay-Lussac et Jean-Baptiste Biot montent en montgolfière en 1804 (illustration c. fin du XIXe siècle)

Gay-Lussac et son collègue Jean-Baptiste Biot ont été chargés par le gouvernement français, à l’instigation de Berthollet et Laplace, d’effectuer une ascension en montgolfière pour prendre des mesures du champ magnétique terrestre et effectuer d’autres expériences. Ils ont constaté que les propriétés du champ magnétique restaient inchangées à des altitudes allant jusqu’à quatre mille mètres. Ils ont également mesuré la pression de l’air et la température lors de leur ascension.

Afin de prendre des lectures à des hauteurs encore plus grandes, Gay-Lussac a fait une autre ascension, cette fois seule, et a pu atteindre une altitude de sept mille mètres, un record pour l’époque. Lors de cette ascension, Gay-Lussac a pu ramener des échantillons d’air, et a constaté que leur composition était la même que celle de l’air à la surface de la terre.

En 1805, Gay-Lussac accompagne Alexander von Humboldt dans une tournée d’un an en Europe, au cours de laquelle il rencontre de nombreux scientifiques célèbres de son époque, dont Alessandro Volta. Au cours de ce voyage, il a pris des mesures du champ magnétique terrestre et a étudié le mont Vésuve, un volcan actif qui a éclaté à cette époque. En 1807, un an après le retour de Gay-Lussac en France, Berthollet crée une société de savants appelée Société d’Aucuiel. Gay-Lussac a été inclus dans ses membres.

Loi de la combinaison des volumes

Parmi les mémoires publiés par la société, citons les mesures magnétiques de Gay-Lussac effectuées lors de sa tournée européenne, ainsi que les travaux pour lesquels il est peut-être le mieux connu, dans lesquels il a formulé ce qui est généralement appelé aujourd’hui la loi de la combinaison des volumes de Gay-Lussac. Joseph Priestley avait observé qu’un volume d’oxygène se combine avec un double volume d’hydrogène pour produire de l’eau. Gay-Lussac a étendu ses observations à d’autres gaz, et a noté que, lorsqu’ils se combinent les uns avec les autres, ils le font toujours en volume dans de simples rapports intégraux. Par exemple, il a constaté que l’hydrogène et le chlore se combinent en volumes égaux, tandis qu’un volume d’azote et trois volumes d’hydrogène produisent deux volumes d’ammoniac.

Cette loi a aidé à une compréhension plus complète d’une loi similaire annoncée par John Dalton, appelée loi des proportions multiples, qui régissait la combinaison des poids d’un élément formant plus d’un composé avec un autre élément. Sur la base des travaux de Dalton et de Gay-Lussac, Amedeo Avogadro a proposé l’hypothèse que des volumes égaux de gaz contiennent des volumes égaux de molécules, l’une des pierres angulaires de la chimie moderne.

Rôle d’éducateur

Dès 1808, Gay-Lussac est nommé professeur de physique à la Sorbonne, et en 1809, il devient également professeur de chimie à Polytechnique.

En 1809, Gay-Lussac épouse Geneviève-Marie-Joseph Rojot. Il l’avait rencontrée pour la première fois lorsqu’elle travaillait comme assistante de draperie et étudiait un manuel de chimie sous le comptoir. Il a ensuite assuré son éducation. On dit que sa relation avec sa femme était très étroite et se soutenait mutuellement. Le couple était parents de cinq enfants, dont l’aîné (Jules) devint l’assistant de Justus Liebig à Giessen.

En 1815, Gay-Lussac a effectué d’importantes recherches sur l’iode et ses composés, bien que le scientifique britannique Humphrey Davy soit généralement crédité d’avoir identifié l’iode comme un élément. Le nom Gay-Lussac a donné l’élément, iode, et son dérivé anglais, iodine, était celui qui est entré en usage général.

En 1824, Gay-Lussac accueille le jeune Liebig, qui reste environ six semaines au laboratoire de Gay-Lussac pour étudier l’acide prussique. Cela étandit quelque peu la soif intellectuelle du jeune chimiste, qui avait du mal à trouver un endroit où il pourrait recevoir des cours d’analyse chimique. Liebig a ensuite créé un laboratoire où il a formé toute une génération de chimistes, sur la base de ce qu’il avait appris dans le laboratoire de Gay-Lussac. Gay-Lussac a souvent permis à de jeunes scientifiques de travailler dans son laboratoire et a ainsi formé de nombreux noms célèbres qui lui ont succédé dans ses recherches.

En 1832, Gay-Lussac démissionne de la Sorbonne et accepte la chaire de chimie du Jardin des Plantes. En 1831, il est élu représentant de la Haute-Vienne à la chambre des députés, et en 1839, il entre à la chambre des pairs.

Alors qu’il bénéficiait généralement d’une santé robuste tout au long de sa vie, au cours de ses six derniers mois, sa condition physique s’est détériorée. Il meurt le 9 mai 1850, à l’âge de 72 ans, dans sa résidence du Jardin des Plantes, à Paris.

Réalisations

Loi de Charles

En 1802, Gay-Lussac a formulé pour la première fois la loi selon laquelle un gaz se dilate linéairement avec une pression fixe et une température ascendante (généralement mieux connue sous le nom de Loi de Charles et Gay-Lussac). La même loi aurait également été découverte indépendamment par John Dalton. Selon les propres mots de Gay-Lussac:

Les expériences que j’ai décrites, et qui ont été faites avec beaucoup de soin, prouvent incontestablement que l’oxygène, l’hydrogène, l’azotique (azote), l’acide nitreux, l’ammoniaque, l’acide muriatique, l’acide sulfureux, l’acide carbonique, les gaz, se dilatent également par incréments égaux de chaleur…par conséquent, le résultat ne dépend pas des propriétés physiques, et je constate que tous les gaz se dilatent également par la chaleur.

La loi est souvent attribuée à Jacques Charles car Gay-Lussac a mentionné certaines expériences que Charles avait faites démontrant la loi dans des cas particuliers. Cependant, Gay-Lussac l’a annoncé comme une loi générale et a fourni des données expérimentales plus rigoureuses pour étayer sa conclusion, que Charles ou Dalton. La dépendance appropriée du coefficient de dilatation à la température elle-même a également été exprimée correctement par Gay-Lussac, un résultat que les expériences plus grossières de Dalton n’ont pas réussi à détecter. Charles croyait que la loi ne subsistait pas pour les gaz solubles dans l’eau, mais Gay-Lussac a démontré qu’elle pouvait également être étendue à ces cas.

Les résultats de Gay-Lussac ont été exprimés comme la dilatation des gaz pour une différence de température égale à celle des points de congélation et d’ébullition de l’eau.

Composition de l’air

En 1805, avec son ami et collaborateur scientifique Alexander von Humboldt, et sur la base des échantillons de l’atmosphère qu’il avait prélevés lors d’une ascension en ballon, il découvrit que la composition de base de l’atmosphère ne change pas avec l’altitude croissante.

Découverte du bore, du chlore et de l’iode

En 1808, Gay-Lussac et Louis-Jacques Thénard réussissent à isoler ce qu’ils appellent le radical de l’acide borique, ne sachant pas encore qu’il s’agit d’un élément. Pour ce faire, ils chauffent l’acide borique avec du potassium métal, la partie insoluble des réactifs étant le radical. Ils ont poursuivi leurs recherches tout au long de l’été, purifiant l’élément en chauffant son oxyde avec du potassium. Ils n’ont annoncé qu’ils avaient découvert un élément qu’en novembre, mais c’était encore un mois avant que Davy affirme également l’avoir isolé.

La même année, ils ont mentionné la possibilité du caractère élémentaire du chlore, mais il a été laissé à Davy d’annoncer cette conclusion avec plus de précision l’année suivante.

En 1815, la rivalité qui avait été générée entre Gay-Lussac et Davy à propos de la découverte d’éléments refait surface dans une quête pour déterminer la nature de ce qui allait devenir l’iode. Gay-Lussac a publié ses conclusions dans un article de journal, un jour avant que Davy ne communique une conclusion similaire à la Royal Society de Londres. L’histoire colorée du voyage de Davy en Europe à l’époque, et son examen d’échantillons d’iode à l’aide d’un laboratoire portable, renforce sa prétention à la découverte dans la littérature populaire, bien que Gay-Lussac semble avoir annoncé ses résultats en premier.

Legacy

Gay-Lussac a découvert deux lois empiriques très importantes qui ont ensuite trouvé leur explication dans la théorie atomique de la matière. Ces découvertes ont démontré ses pouvoirs de généralisation et son talent pour découvrir les principes sous-jacents des phénomènes.

Des générations de chimistes et de physiciens ont fait leurs débuts par des stages dans le laboratoire de Gay-Lussac. Il ne fait guère de doute qu’il était un grand professeur très recherché. On ne peut qu’admettre cependant que le mentorat de Berthollet avait beaucoup à voir avec la carrière réussie de Gay-Lussac. Le nom de Gay-Lussac restera à jamais dans les mémoires, non seulement pour les lois qui portent son nom, mais pour leur effet réel sur l’histoire de la chimie et de la physique.

Peut-être doit-il une grande partie de son succès à un livre qu’il a lu, Les Beautés de l’Histoire, ou des Images de Vertu et de Vice, Tirées de la Vie Réelle; Conçu pour l’Instruction et l’Illumination de la Jeunesse. Cela l’a aidé à garder sa boussole morale, comme l’a sans doute fait sa femme après son mariage. Ces influences stabilisatrices laissèrent libre cours à son imagination tandis que sa conduite demeurait sous la pression morale d’influences positives.

Commémoration

À Paris, une rue et un hôtel près de la Sorbonne portent son nom ainsi qu’une place et une rue de sa ville natale, Saint-Léonard de Noblat. Sa tombe se trouve au célèbre cimetière du Père Lachaise à Paris.

Voir aussi

  • Ballon
  • Bore
  • Gaz
  • Crosland, Maurice Pierre. 2004. Gay-Lussac : Savant et Bourgeois. New York : Cambridge University Press. Il n’y a pas de lien entre les deux. 1859. Histoire des Sciences Inductives. Londres : John W. Parker.
  • Tilden, William A. 1921. Chimistes Célèbres, les Hommes et Leur Travail. Il s’agit de la première édition de la série.
  • Asimov, Isaac. 1982. Encyclopédie biographique de la Science et de la technologie d’Asimov. New York : Doubleday.
  • Gay-Lussac, L. J. et A. von Humboldt. 1805.  » Expérience sur les moyens œdiométriques et sur la proportion des principes constitutifs de l’atmosphère. » J. Phys. LX.

Crédits

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