Dans l’histoire des sciences, certains éléments semblent avoir toujours été là, comme des évidences. L’hydrogène, pourtant, n’a pas été « découvert » d’un seul coup : il a été reconnu, isolé, mesuré, puis compris. Et ce travail, patient, méticuleux, presque obsessionnel, on le doit à Henry Cavendish.
Nous sommes en 1766. Cavendish, personnage discret, presque invisible dans les salons londoniens, publie dans les Philosophical Transactions trois mémoires qui vont bouleverser la chimie[1]. Il y décrit un gaz qu’il appelle inflammable air — « air inflammable » — produit lorsqu’on dissout certains métaux dans des acides. Ce gaz, il va l’étudier dans tous les sens et finir par comprendre qu’il s’agit d’une substance distincte, dotée de propriétés propres. C’est la naissance de l’hydrogène.
Avant Cavendish : un gaz mystérieux
Bien avant Cavendish, les chimistes avaient déjà observé des « airs » produits par des réactions chimiques. Robert Boyle, un siècle plus tôt, avait remarqué que certains métaux réagissaient avec les acides en libérant une « air subtil ». Dans son traité de 1671, il note que l’acide sur le fer « produit une effervescence abondante ». Mais Boyle ne distingue pas encore les différents gaz car pour lui, l’air est un continuum, un fluide unique[2].
Joseph Black, dans les années 1750, identifie le « fixed air » (le dioxyde de carbone). L’idée que l’air puisse être composé de plusieurs « espèces » commence à émerger. Cavendish arrive au moment où la chimie des gaz est en train de naître.
Cavendish : l’homme qui pesait l’air
Henry Cavendish est un personnage timide à l’extrême, parlant à peine, évitant les regards, et il vit entouré d’instruments de mesure. Il ne cherche pas la gloire mais la précision. Dans son mémoire de 1766, il commence par définir son sujet :
« Par air factice, j’entends en général toute espèce d’air contenu dans d’autres corps à l’état inélastique, et qui en est extrait par des procédés artificiels. »
Il distingue ensuite le « fixed air » (CO₂) du gaz qu’il va étudier : l’« inflammable air ». Pour produire ce gaz, il dissout du zinc, du fer ou de l’étain dans des acides. Il observe que :
« Une once de zinc produit environ 356 onces d’air. »
Il note aussi que le gaz est extrêmement léger, bien plus que l’air ordinaire. Il invente des dispositifs ingénieux pour le mesurer : bouteilles inversées, tubes coudés, de la vaisselle spécifique pour capturer le gaz sans le mélanger à l’air ambiant. Cavendish est le premier à peser un gaz avec une telle précision et il détermine la densité de ce nouvel air et il conclut que ce gaz est :
« environ onze fois plus léger que l’air ordinaire. »
C’est une estimation étonnamment proche de la valeur moderne (14 fois plus léger). Cette propriété deviendra essentielle quelques années plus tard, lorsque Jacques Charles et les frères Robert utiliseront l’hydrogène pour remplir les premiers ballons. Cavendish, lui, ne s’intéresse pas aux applications. Il veut comprendre.
La composition de l’eau : l’expérience la plus célèbre
Cavendish ne se contente pas de produire le gaz, et en bon chimiste, il teste sa réactivité. Il mélange l’air inflammable avec de l’air ordinaire dans différentes proportions, puis approche une flamme. Les résultats sont spectaculaires[3]. Avec un mélange de 3 parts d’air inflammable pour 7 parts d’air ordinaire :
« Il y a eu un bruit très fort. »
Avec 8 parts d’air inflammable pour 2 parts d’air ordinaire :
« Il a pris feu au contact de la flamme, mais sans faire de bruit. »
Cavendish comprend que ce gaz ne brûle pas seul mais qu’il a besoin d’air ordinaire. Il en déduit que l’air inflammable est une substance distincte, dotée d’une affinité particulière pour l’oxygène (même si le mot n’existe pas encore). En 1784, Cavendish scelle définitivement l’identité du gaz. Il mélange de l’air inflammable avec de l’air ordinaire dans un récipient fermé, puis déclenche une explosion électrique. Il observe que les parois du récipient se couvrent de gouttelettes d’eau. Il écrit :
« La totalité de l’air inflammable a été convertie en eau pure. »
Cavendish vient de démontrer que l’eau n’est pas un élément, mais un composé fait d’hydrogène et d’oxygène. Cette découverte est l’une des plus importantes de l’histoire de la chimie.
Pourquoi Cavendish n’a pas nommé l’hydrogène
Cavendish ne donne pas de nom à son gaz, il l’appelle simplement inflammable air. C’est Lavoisier qui, quelques années plus tard, forge le mot hydrogène, du grec hydro (eau) et genes (engendrer). Mais Lavoisier reconnaît explicitement que Cavendish en est le véritable découvreur.
Ce qui frappe dans les mémoires de Cavendish, c’est la rigueur. Il ne cherche pas à séduire, ni à théoriser mais il décrit scrupuleusement ses expériences accompagnées de mesures.
L’hydrogène est aujourd’hui au cœur de nombreuses technologies : piles à combustible, propulsion spatiale, chimie industrielle… Sa découverte montre que les gaz sont des substances distinctes, mesurables, manipulables ; que les réactions chimiques produisent des corps nouveaux ; que l’eau est un composé, et non un élément comme on le pensait depuis Thalès. Avec Cavendish, la science progresse par la précision, et non par les grandes théories. Son travail ouvre la voie à Lavoisier, à Dalton et à la chimie atomique.
Henry Cavendish n’a jamais cherché la célébrité. Il vivait seul, parlait peu, publiait rarement. Mais son œuvre est immense. En découvrant l’hydrogène, il a ouvert la porte à la chimie moderne. Cavendish, un savant qui, par la seule force de la mesure, a révélé l’un des éléments les plus fondamentaux de l’univers.
[1] Cavendish H., XIX Three Papers Containing Experiments on Factitious Air. Phil. Trans. R. Soc. 31 December 1766; (56): 141–184. https://doi.org/10.1098/rstl.1766.0019
[2] Boyle R., Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing New experiments, touching the relation betwixt flame and air, and about explosions, an hydrostatical discourse occasion’d by some objections of Dr. Henry More against some explications of new experiments made by the author of these tracts : to which is annex’t, An hydrostatical letter, dilucidating an experiment about a way of weighing water in water, new experiments, of the positive or relative levity of bodies under water, of the air’s spring on bodies under water, about the differing pressure of heavy solids and fluids. London, 1672.
In the digital collection Early English Books Online 2. https://name.umdl.umich.edu/A29057.0001.001 University of Michigan Library Digital Collections.
[3] Ramsay W., The gases of the atmosphere: The history of their discovery. Macmillan. p. 19. (1896).
https://www.gutenberg.org/files/52778/52778-h/52778-h.htm
Image en-avant générée par IA.
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