Préhistoire et Antiquité

Durant cette large période, la chimie était surtout utilisée pour son côté pratique dans le but de transformer la matière.

On a beaucoup de témoignages archéologiques de son utilisation à la préhistoire :

1) La chimie pratique

a) L'utilisation du feu

Le feu a été une découverte fondamentale pour l'Homme ne serait-ce que pour ses rôles multiples. On a découvert des traces de foyer vers -400 000 ans (époque paléolithique).

Ses utilisations sont :

• comme source de lumière et de chaleur (cela a permis l'époque cavernicole).
• comme arme (contre les prédateurs).
• comme source d'énergie (transformation des aliments par cuisson. En effet, la cuisson des viandes appartient aux réactions de Maillard).

Un des premiers matériaux (déf : objet ou ensemble d'objets que l'homme utilise à son profit.) utilisés a été l'argile dont la cuisson permet la confection de divers objet : c'est la naissance de la POTERIE (pratique et artistique).

b) La métallurgie.

C'est l'art de transformer un minerai en métal

Le métal est généralement présent, dans la nature, sous forme de sel. On en extrait des métaux et ensuite des alliages. Les principaux métaux ou alliages de cette période furent :

• Le cuivre (Cu). Il a existé à l'état natif. Sous forme non pur, on le trouve principalement dans la malachite (CuCO₃ , Cu (OH)₃) extraite, entre autres endroits, des mines du roi Salomon. Son commerce a été longtemps une source de richesse.
• Le bronze (alliage 90% Cu et 10% Sn). L'étain nécessaire à la création d'un tel alliage était durant l'antiquité, très abondant. Il fut très utilisé vers 3000 av. J.C. (l'âge du bronze). Il a trouvé son application initiale dans la confection d'armes.
• Le fer (Fe). Son utilisation en métallurgie a été plus tardive car plus difficile. Elle ne commence réellement que vers 2500 av. J.C. (c'est l'âge du fer). Son utilisation a-t-elle aussi été d'abord militaire. La dureté des armes en fer était plus grande que celle en bronze. Certaines civilisations en ont souffert et se sont éteintes du fait de cette importante différence.

Le fer natif n'existant pas en quantité importante (seul le fer météoritique est natif mais il est extrêmement rare), on réduit les oxydes par le charbon de bois :

C + 1/2 O₂ ® CO ; CO + FeO ® Fe + CO₂

Très vite lors de cette opération, l'homme s'est aperçu que mélanger certaines quantités de carbone à ce fer le rendait plus tranchant, plus résistant. Ce fut le premier acier.

Il est également apparut le phénomène de trempe (refroidissement rapide d'une structure chaude qui a pour effet de la figer).

• Le laiton (Alliage Cu et Zn). Utilisé dès 1000 av. J.C., il est utilisé dans des pièces romaines.
• L'argent (Ag), un des métaux précieux. On le trouve à l'état natif ou sous forme d'alliage avec l'or pour former l'electrum.
• La galène (PbS avec Ag₂S comme impureté) est un produit souvent rencontré avec le minerai de fer. On pouvait purifier l'argent contenu dans ce composé, grâce à un procédé de métallurgie très ancien (décrit dans la Bible), la coupellation :
  
  On chauffe la galène brute avec du charbon de bois dans une coupelle en cendres d'os : on obtient alors un alliage Ag + Pb. En oxydant celui-ci à l'air, on obtient Ag + PbO. Ce dernier est adsorbé sur les cendres alors que l'argent ne l'est pas. Il apparaît alors un éclat brillant dû à l'argent restant. Cet instant est appelé l'éclair. => purification de l'argent.
• L'or (Au) est un autre métal précieux connu longtemps avant le Cuivre (5000 av. J.C.) et que l'on peut trouver à l'état natif.
  Ce métal étant inaltérable dans les conditions naturelles, il n'a fait l'objet d'aucune manipulation chimique durant l'antiquité. Sa très faible réactivité faisait de lui un métal " parfait ", d'où son importance monétaire et artistique.

2) La chimie de la vie quotidienne

La chimie était pratiquée dans de multiples domaines tels que :

• La teinturerie :
  C'est une activité très ancienne mais aux origines mal fixées. Elle fait appel à plusieurs colorants, qui ont principalement trois origines :
  • Les teintures végétales :
    
    Les extraits de la garance fournissaient le rouge.
    Les extraits de la gaude donnaient la couleur jaune.
    Les extraits du pastel et de l'indigo donnaient le bleu.
  • Les teintures animales telles que le pourpre (utilisé pour l'encre du Pape) extrait d'un coquillage : le murex.
  • Les teintures minérales (qu'on utilisait beaucoup dans les produits de beauté ou pour la décoration).
    
    La céruse (PbCO₃) donnait une belle coloration blanche mais toxique (Cf. Pb)
    Le cinabre (Hg₂S) utilisé comme rouge à lèvres mais toxique lui aussi !
    La malachite fardait les yeux en vert.
    Le minium (Pb₃O₄) servait de peinture et de protection du bois des bateaux pour les Grecs.
    Le gypse (CaSO₄ ; 2 H₂O) donne le plâtre en chauffant.
    Le natron (Na₂CO₃) est une source de soude native et servait d'agent desséchant des momies.
    La "potasse" (en fait K₂CO₃) pour l'enrichissement du sol puis pour la coloration de verres (100 après JC).
    Le salpêtre (KNO₃) : premier produit de biotechnologie!
    Le soufre, dont il est fait mention dans la Bible et l'Odyssée, servait de désinfectant et de purificateur rituel.
• Le tannage des peaux
• La fermentation pour donner de la bière en Egypte et a Summer (plus rarement du vin).

L'homme a donc acquis très tôt la capacité de transformer la matière à son profit.

3) Les conceptions théoriques des philosophes grecs : la fondation de la Science.

Ces philosophes furent les premiers à s'intéresser à la connaissance pure sans intérêt technique.

Ils élaborent de grands ensembles intellectuels fondés sur la raison (ex Thalès au VII^e siècle av. J.C.).

Leurs réflexions totalement dénuées d'expérimentation débouchent sur deux théories :

• La théorie élémentale.
• La théorie atomique.

a) La théorie élémentale

Le terme élément est ici une qualité ou une propriété générale de la matière et non pas des corps matériels. Le corps matériel n'est en fait rien d'autre qu'une combinaison de ces différents éléments.

On les voit apparaître pour la première fois chez Homère au IX^e av. J.C., au nombre de trois :

• L'Eau
• La Terre
• Le Feu

Pour Thalès, l'eau est le principe de toute chose. Anaximène (~ 556-~ 480), à la différence de Thalès, enseignait que toute substance provient de l'air (pneuma ) par raréfaction et condensation ; dilaté à l'extrême, cet air devient feu ; comprimé, il se transforme en vent ; il produit des nuages, qui donnent de l'eau lorsqu'ils sont comprimés. Une compression plus forte de l'eau transforme celle-ci en terre, dont la forme la plus condensée est la pierre.

Au lieu de l'eau de Thalès et de l'air d'Anaximène, Héraclite d'Éphèse (~ 535-~ 475) pense que le principe de toutes choses est le feu, le Soleil lui-même n'étant qu'une mitraille incandescente

Empédocle (au V^e av. J.C.), lui, prône les quatre éléments.

Platon (428 - 348 av. J.C.) reprend ces éléments mais les associe à des formes géométriques reliées à des nombres de triangles :

• Le Feu est associé au tétraèdre, c'est à dire à 4 triangles équilatéraux (le tétraèdre est le plus léger des volumes réguliers, de plus ces arêtes sont les plus pointues d'où le fait qu'il pique).
• La Terre est associée au cube, 24 triangles rectangles isocèles (symbole de stabilité).
• L'Air serait un octaèdre, 8 triangles équilatéraux.
• L'Eau est un icosaèdre, 20 triangles équilatéraux.

Enfin, il propose un cinquième polyèdre : le dodécaèdre qui symboliserait l'harmonie de l'Univers.

On peut les associer pour les transformer. Par exemple, 2 feu ® 1 air car 4+4=8 triangles, 1 eau ® 2 air + 1 feu car 20=8+8+4 triangles ! C'est la base de l'alchimie.

Détail de ces transformations

Aristote (384 - 322 av. J.C.) ajoute à la notion d'intertransformation des éléments, déjà existante, une base logique à celle-ci en dotant chaque élément d'un couple de qualité le caractérisent comme suit : leur genèse

b) La théorie Atomique.

Son père fondateur est Démocrite (460 - 370 av. J.C.).

Ses vulgarisateurs furent Epicure (grec vivant de -341 à -270) et Lucrèce (Latin de -98 à -55) dans son De Natura Rerum (De la nature des choses).

Selon eux, la matière serait discontinue et formée d'entités élémentaires : les atomes (Etym : insécable). L'assemblage serait mécanique :

• La cohésion d'un solide est due à l'entrelacement d'atomes crochus.
• Les liquides sont caractérisés par des atomes lisses et ronds qui glissent facilement. Certains sont plus gros que d'autres (ex : l'huile passe plus difficilement que l'eau dans un filtre car l'huile a des atomes plus gros !).

Ces deux théories sont des théories totalement philosophiques (sans expérience justificatrice ou contre expérience). C'est la théorie élémentale qui va longtemps l'emporter (base de la culture des alchimistes), jusqu'à ce que l'atomisme réapparaisse sérieusement remanié au XIX^e avec John Dalton (1766 - 1844), comme un système explicatif presque moderne.