De phlogistique en calorique

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Le phlogistique (du grec phlogiston = brûlé) est ce supposé principe igné qu’a introduit le chimiste et médecin allemand Georges E. Stahl (1660-1734) pour rendre compte des phénomènes de combustion dans le cadre de la théorie des quatre éléments. Selon lui, tous les corps combustibles, minéraux, végétaux ou animaux, contiennent du phlogistique. Quand on chauffe un morceau de métal, par exemple, du phlogistique s’échappe, on produit une « chaux » métallique. Que l’on chauffe à son tour cette chaux, on réintroduit du phlogistique et on retrouve le métal. Cette théorie connut un succès considérable au XVIIIe siècle (au point que Kant place nommément Stahl au même rang que Thalès, Galilée et Torricelli (1608-1647) dans sa fameuse Préface à la seconde édition (1787) de la Critique de la raison pure). Elle a pesé sur I ‘interprétation que le chimiste et philosophe anglais Joseph Priestley (1733-1804) donne de ses expériences sur la combustion lorsqu’il désigne I‘oxygène sous l’appellation d’«air déphlogistiqué ». Elle a été rayée de l’histoire de la chimie par Lavoisier qui dénonce pour finir en 1785, le « phlogistique » comme un être imaginaire. La philosophie des sciences : « Que sais-je ? » n° 3624 Par Dominique Lecourt.

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Lavoisier commence à s’interroger sur le rôle du phlogistique en explorant la calcination, en 1772. Il s’attaque à un problème connu depuis longtemps mais récemment discuté par Guyton de Morveau : si, comme on le pense alors, la calcination des métaux (que nous appelons oxydation) est une libération du phlogistique contenu dans les métaux, il est difficile de comprendre l’augmentation de poids des métaux calcinés. Guyton suggérait que le phlogistique étant plus léger que l’air, sa présence dans une substance la fait paraître plus légère. […] Lavoisier tente une autre explication après deux expériences : il fait brûler du soufre, puis du phosphore dans des vaisseaux fermés et constate, grâce à des pesées minutieuses avant et après la réaction, du tout et de chaque partie séparément, que le poids total est conservé, que celui du vaisseau demeure inchangé et que celui du soufre et du phosphore a augmenté. Il en conclut : « Cette augmentation de poids vient d’une quantité prodigieuse d’air qui se fixe pendant la combustion et qui se combine avec les vapeurs.» Convaincu de l’importance révolutionnaire de cette expérience, et soucieux d’affermir son interprétation, Lavoisier remet un pli cacheté à l’Académie le 1er novembre 1772 pour s’assurer la priorité d’une découverte qu’il juge « l’une des plus intéressantes de celles qui aient été faites depuis Stahl ». Bernadette Bensaude-Vincent, Isabelle Stengers, Histoire de la chimie, Paris, La Découverte, 2013, chapitre 14.

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« […] de nombreuses études portant sur les conceptions spontanées des élèves à propos des phénomènes naturels montrent à quel point celles-ci résistent à l’enseignement. Ainsi de nombreux élèves, tout en ayant fait des études en science, n’en continuent pas moins d’utiliser des conceptions substantialistes de la chaleur dans leurs raisonnements, ce qui les mène à des impasses en particulier lorsqu’il s’agit de distinguer le concept de chaleur de celui de température. En théorie cinétique, par exemple, la chaleur n’est pas une chose que I’on peut percevoir mais bien un concept qui permet d’interpréter les perceptions de manière différente. La réalité de la physique s’écarte donc de l’expérience sensorielle et, pour la bien comprendre, il faut abandonner I‘idée si bienancrée dans nos esprits qu’il est possible, grâce à l’appareil sensoriel, d’avoir un accès direct à une réalité en soi, prête à être comprise. En tant que pédagogues, on ne peut penser que les conceptions spontanées des élèves vont évoluer grâce aux seules évidences expérimentales et langagières qu’on leur fournit. » Jacques Désautels, Marie Larochelle. Qu’est-ce que le savoir scientifique ? Les presses de l’Université Laval ; p. 44-45.

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Le travail proposé interroge l’idée de chaleur et son évolution historique, entre conceptions substantialistes et mécanistes : phlogistique, calorique, ou mouvements moléculaires ? Nous sommes fin XVIIIe – début XIXe siècle ; quatre protagonistes incarnent les polémiques scientifiques de l’époque :

Pierre Joseph Macquer (1718 – 1784)

Hippolyte Amblard ( ? – 1845 – ?)

Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794)

Pierre Simon de Laplace (1749 – 1827)

Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier de phlogistique en calorique)

Document général : [0 de phlogistique en calorique.pdf]

Consigne 1 individuel (15 minutes)

Qu’est-ce que la chaleur? Faire un schéma légendé et expliquer brièvement par écrit (sur feuille A4).

Les feuilles sont affichées, observées et comparées. Animation tableau pour extraire les propositions.

Consigne 2 en groupe de quatre au moins (60 minutes)

Chaque groupe représente l’un des 4 personnages évoqués plus haut et reçoit un ensemble de documents. Il s’agit d’exploiter les documents pour présenter les arguments du personnage en question. Une affiche synthétique sera réalisée pour servir de support à un jeu de rôle qui suivra.

Répartition des documents (voir dossiers documents et personnages indiqués plus bas) :

documents

Consigne préalable : compte tenu du volume de documents disponibles il convient de se les répartir, à charge pour chacun d’en faire les extractions nécessaires, qui seront alors communiquées aux autres membres du groupe. Puis réalisation des affiches.

Extraits.

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bacon2

traite de chimie

lavoisier

antioxyde1

antioxide1

Jeu de rôle avec le support des affiches de chaque groupe (le professeur peut diriger la distribution de parole, solliciter les interventions, inviter à préciser, etc.).

Discussion : sur les contenus et sur le déroulement du travail.

Magistral en situation : substantialisme et mécanicisme (chaleur « substance » ou mouvement) ; le modèle actuel (température et agitation thermique ; énergie interne ; transferts d’énergie thermique, conduction, convection, rayonnement…

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Diapos et animations disponibles :

[thermique.pptx] ou [thermique.pdf]

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