Quelques portraits publié le 27/04/2006  - mis à jour le 23/02/2014

Moissan Henri

Ferdinand Frédéric Henri MOISSAN est un chimiste français, qui a principalement isolé le fluor 1. Il a également conçu un four à arc électrique qui lui a permis de faire des recherches nécessitant des températures très élevées. « Moissan est dépeint comme un savant rigoureux, un expérimentateur méticuleux, un homme distingué, un brillant conférencier, un maître attentif et hospitalier. Egalement esthète cultivé, Moissan était passionné de littérature française » (Eric Brown : « Des chimistes de A à Z »). Ses travaux ont eu de nombreuses applications industrielles. Il a reçu le prix Nobel de chimie en 1906.

Henry Moissan est né le 28 septembre 1852 à Paris. Il est le fils d’une couturière et d’un employé de la Compagnie des Chemins de fer de l’Est. Douze ans plus tard, sa famille se fixe à Meaux (Seine et Marne). Il commence ses études au collège municipal de Meaux, en 1865, et manifeste rapidement un très grand enthousiasme pour la chimie, à laquelle il sacrifie même le latin et le grec : lorsqu’en 1870 il quitte le Collège de Meaux, il n’a pu conquérir aucun diplôme !

Sa famille étant revenue à Paris, son père lui conseille alors de faire sa pharmacie. Il entre donc comme stagiaire dans la droguerie Bandry, située au coin de la rue Pernelle et de la rue Saint-Denis, qu’il quitte en décembre 1872, pour le Muséum national d’Histoire naturelle, où il entre d’abord au laboratoire d’ Edmond Frémy 2. Il y suit les cours de Sainte-Claire Deville 3 et Henri Debray 4. Il fait très rapidement ses premières armes de chimiste, mais l’attrait de la recherche l’engage vite à rejoindre, en 1873, le laboratoire de Pierre Dehérain 5, qui remarque les aptitudes brillantes de son élève. Il l’incite vivement à préparer son baccalauréat et à conquérir ses grades universitaires. A vingt-cinq ans, il apprend le latin et, après quelques échecs, il obtient le baccalauréat. Ensuite, c’est l’étude de la physique qui remplace celle du latin. Moissan persévère dans son effort : il obtient sa licence de chimie en 1877, puis son diplôme de pharmacien de première classe à l’École supérieure de pharmacie en 1879, et enfin son doctorat de chimie en 1880 (Avant même d’être licencié, il a entrepris l’étude du fer pyrophorique, étude qu’il va étendre ensuite suffisamment pour en faire le sujet de sa thèse de doctorat).

C’est pendant cette période de préparation des examens que Henri Moissan donne son premier mémoire à l’Académie des Sciences : Il s’agit d’une étude faite en collaboration avec Dehérain sur l’absorption d’oxygène et l’émission d’acide carbonique par les plantes maintenues à l’obscurité. Ces travaux constituent les seules recherches effectuées par Henri Moissan dans le domaine de la chimie végétale.
Alors que cette époque est l’une des plus brillantes en chimie organique, Moissan choisit l’étude de la chimie minérale, quelque peu délaissée : « C’est vers cette branche de notre science qu’il se sent attiré, et à laquelle il va consacrer toute son activité, toute son infatigable énergie, malgré les conseils de Dehérain, qui voit avec peine son élève lui échapper » ( Paul Lebeau , chef de laboratoire de Moissan). A partir de 1879, Moissan enseigne à l’Ecole supérieure de Pharmacie de Paris, où il est nommé professeur de toxicologie (1886), puis de chimie minérale (1889). De 1881 à 1883, il étudie les oxydes de fer et de manganèse, le chrome métallique, les sels chromeux, et l’acide perchromique.

En 1882, Moissan épouse Léonie Lugan, fille du pharmacien de Meaux, qui apporte à son gendre l’aide matérielle nécessaire pour qu’il se consacre sereinement à ses recherches. En 1884, il commence à travailler sur les composés fluorés, avec pour objectif l’isolement du fluor , dont l’existence est admise depuis Ampère. En 1813-1814, Humphry Davy 6 a vainement cherché à isoler le fluor par différentes méthodes, en particulier l’électrolyse de l’acide fluorhydrique H2F2 concentré. Les travaux de Moissan sur les composés de cet élément, et sa séparation, sont remarquables : Non seulement ils ont débouché sur de nombreuses applications dans l’industrie chimique, mais ils témoignent d’abord d’une « ingéniosité et d’une persévérance exceptionnelles ».

Les paroles suivantes ont été prononcées par Moissan le 26 février 1886, quelques mois avant la séparation du fluor, dans une conférence faite devant la Société chimique, sur le fluorure de phosphore, et rapportées en 1931 par Paul Lebeau :
« Je pourrais vous dire, Messieurs, que j’avais été frappé du petit nombre de combinaisons formées par le fluor et les métalloïdes et que j’avais voulu combler cette lacune. Il n’en est rien cependant. En étudiant l’action des métaux sur le fluorure de silicium, j’avais constaté la grande stabilité de ce composé, et j’avais pensé à faire réagir sur les oxydes métalliques un autre composé du fluor. Je me suis adressé au fluorure de phosphore. En chauffant dans un tube métallique un mélange de fluorure métallique et de phosphore, Humphry Davy a obtenu un liquide combustible fumant à l’air. D’après Berzelius 7, Davy avait estimé qu’il serait possible d’isoler le fluor en faisant brûler ce fluorure au milieu d’une atmosphère d’oxygène dans un vase de fluorine »8. « La préparation des fluorures de phosphore est donc la première étape dans la série méthodique des essais entrepris par Henri Moissan pour isoler le fluor » (Paul Lebeau).

Il prépare d’abord un trifluorure de phosphore, dont il étudie les propriétés chimiques, et plus particulièrement celles susceptibles de produire un dégagement de fluor, l’action de l’oxygène notamment ; mais la combustion du trifluorure de phosphore ne donne rien. L’oxydation de l’oxyfluorure de phosphore, puis celle du pentafluorure de phosphore, donnent les mêmes résultats négatifs. Moissan ne se décourage pas, mais décide d’orienter différemment ses travaux : Edmond Frémy a montré qu’il n’est pas possible d’isoler le fluor dans une électrolyse de fluorures métalliques fondus, car l’électrode positive en platine est systématiquement attaquée ; Moissan va donc tenter des électrolyses à basses températures  : Il essaie d’abord de décomposer le trifluorure d’arsénic, additionné d’une petite quantité d’un fluorure métallique pour en augmenter la conductibilité électrique, mais le fluor libéré se combine aussitôt au trifluorure, pour donner un pentafluorure : C’est donc un échec de plus, mais il est maintenant familiarisé avec les électrolyses des composés fluorés liquides à basse température. Vers 1854, Edmond Frémy a obtenu l’acide fluorhydrique pur et anhydre, par distillation de l’hydrogénofluorure de potassium KHF2, dans une cornue en platine. Comme cet acide reste liquide aux basses températures, Moissan essaie d’en réaliser l’électrolyse ; mais, comme l’a observé Faraday dés 1834, cet acide ne conduit pas le courant électrique. Afin de disposer d’un milieu conducteur, il a l’idée de dissoudre un peu d’hydrogénofluorure de potassium dans l’acide fluorhydrique anhydre : L’électrolyse est réalisée dans un tube en U en platine, qui n’est pas attaqué par le fluor aux basses températures, avec des électrodes en platine iridié : Il observe alors à l’anode le dégagement d’un gaz qui enflamme le silicium (pour donner du fluorure de silicium SiF4) : Cette fois, c’est le succès : Le fluor est enfin isolé, le 26 juin 1886 !

En 1887, la chaire de toxicologie de l’Ecole supérieure de Pharmacie étant vacante, le Conseil de l’Ecole désigne Moissan à l’unanimité au choix du Ministre pour occuper cette chaire. Enfin pourvu d’un laboratoire, il reprend immédiatement l’étude des propriétés du fluor, qu’il poursuit exclusivement jusqu’en 1891 : Il perfectionne sa préparation, et étudie systématiquement son action sur la plupart des corps simples et sur un très grand nombre de corps composés. Il complète les connaissances, alors bien restreintes, sur les fluorures métalliques et les fluorures non métalliques : Il observe que le soufre et l’iode brûlent dans le fluor (en donnant respectivement SF6 et IF5). Il découvre le tétrafluorométhane CF4, le fluorure d’éthyle C2H5F (1888-1890), le fluorure de sulfuryle (SO2F2) en 1901. En collaboration avec M. Meslans, l’un de ses premiers élèves, il découvre les fluorures de méthyle et d’isobutyle. Avec Berthelot , il détermine la chaleur de combinaison du fluor avec l’hydrogène. Avec James Dewar 9, il obtient le fluor à l’état liquide (1897) puis solide (1903). Moissan est élu à l’Académie de médecine en 1888. L’année suivante, il devient professeur de chimie minérale à la Faculté des sciences. Il est membre de l’Académie des Sciences en 1891.

En 1892, il tente la production artificielle du diamant, en cristallisant du carbone sous pression, provenant de la fonte fondue : Pour obtenir des températures encore jamais atteintes (de 3000 à 3500 °C), il perfectionne le four à arc électrique , inventé par l’anglais d’origine allemande Sir William Siemens 10, et perfectionna le procédé d’élaboration de l’acier. Anobli en 1883, il devint Sir William Siemens.]] : L’appareil qu’il utilise est un four à réverbère 11, et à revêtement intérieur en chaux ; la chaleur est produite par un arc électrique, entre deux électrodes en graphite ; cet arc absorbe 45 A sous 40 V ! Il soumet la fonte liquide à un refroidissement rapide à volume constant. Comme la fonte tend à augmenter de volume en se solidifiant (comme l’eau), il en résulte des pressions internes très élevées : Il obtient ainsi de petites quantités de carbone cristallisé (diamant artificiel), qu’il isole par attaque du fer par l’acide chlorhydrique, mais les résultats ne seront jamais vraiment satisfaisants. Grâce à ce four, il va surtout réaliser des fusions d’oxydes métalliques à des températures très élevées : Il obtient de nombreux métaux, dont le chrome, le titane, le manganèse, le molybdène, le tungstène, l’uranium, le vanadium, le zirconium , pour la plupart à peine entrevus jusque là, et met au point la fabrication de plusieurs composés tels que les carbures métalliques, notamment celle du carbure de calcium CaC2 (par action de la chaux sur le coke), puis les nitrures, siliciures et borures cristallisés. Ces découvertes vont être à l’origine de l’industrie de l’acétylène , par action de l’eau sur le carbure de calcium (dés 1892), et la fabrication des ferro-alliages. Moissan découvre encore le carborundum (SiC) en 1891, et les hydrures de sodium et de potassium en 1902-1903.

Il est lauréat de la Médaille Davy en 1896. La même année, il assiste Charles Friedel 12lors de la création de l’Institut de Chimie Appliquée, la future École nationale supérieure de chimie de Paris . Il en sera directeur de 1899 à 1907. Il est l’auteur de plus de trois cents publications, dont Le four électrique (1897), Le fluor et ses composés (1900), et Traité de chimie minérale en cinq volumes (1904-1906). En récompense de ses travaux sur le fluor et le four électrique, Moissan, qui a déclaré que le fluor lui a enlevé dix ans de sa vie, est le premier français à recevoir le Prix Nobel de chimie en 1906. Il décède soudainement le 20 février 1907, à 54 ans, peu de temps après son retour de Stockholm où il vient de recevoir son prix. « Cette mort frappa le monde savant de stupeur. Comme celle de Curie, cet autre grand regretté, elle survenait, foudroyante, brutale, suivie peu après de celle de l’illustre Berthelot » ( Paul Lebeau ).
Henri Moissan a donné son nom à la moissanite, qui est un carbure de silicium naturel trouvé dans certaines météorites.

Documentation :

  • Eric Brown : «  Des chimistes de A à Z  ».

(1) Le fluor est l’élément chimique de numéro atomique 9, et de masse atomique F = 19, le premier élément de la famille des halogènes. C’est un gaz jaune pâle, d’odeur irritante, difficile à liquéfier. Il est le plus électronégatif de tous les éléments chimiques, et s’unit à la presque totalité des autres corps simples, avec un grand dégagement de chaleur. Avec l’hydrogène, il donne explosivement (même à basse température) l’acide fluorhydrique HF. La plupart des métalloïdes s’enflamment à son contact, et il attaque tous les métaux . Le fluor est utilisé, sous forme de sels ingérés à faibles doses, dans la prévention de la carie dentaire.

(2) Edmond Frémy  : Chimiste français (1814-1894), auteur de recherches sur les ciments, et la production artificielle des pierres précieuses (Membre de l’Académie des sciences en 1857).

(3) Henri Sainte-Claire Deville  : Chimiste français (1818-1881) : Il a notamment imaginé, en 1854, la méthode permettant la première préparation industrielle de l’aluminium. Il a également réalisé la fusion du platine, grâce au chalumeau oxhydrique (Membre de l’Académie des sciences en 1861).

(4) ( Henri Debray  : Chimiste français (1827-1888) : Collaborateur de Sainte-Claire Deville, dont il continua les travaux sur les dissociations (carbonate de calcium, effervescence des hydrates salins).

(5) Pierre Dehérain  : Agronome français (1830-1902) : Professeur au Muséum et à l’école de Grignon. On lui doit des ouvrages d’agronomie pratique et de chimie agricole.

(6) Sir Humphry Davy  : Chimiste et physicien anglais (1778-1829) : Il a isolé par électrolyse les métaux alcalins et alcalino-terreux (1807), découvert l’arc électrique (1811), et les propriétés catalytiques du platine divisé (1817). On lui doit également la lampe de sûreté des mineurs à toile métallique, évitant les explosions dues au grisou.

(7) Jöns Jacob Berzélius  : Chimiste suédois (1779-1848) : C’est lui qui divisa la chimie en chimie minérale et chimie organique, introduisit l’usage de lettres comme symboles des éléments. Il introduisit les concepts d’isomérie, de polymérie et d’allotropie, et étudia la catalyse. Il isola de nombreux corps simples.

(8) Fluorine : Fluorure naturel de calcium CaF2, principal minerai du fluor.

(9) Sir James Dewar  : Physicien écossais (1842-1923) : Il a étudié les très basses températures, réussi à liquéfier l’hydrogène, et inventé les vases isolants à double paroi de verre argenté sous vide.

(10) Wilhelm von Siemens  : Ingénieur allemand (1823-1883), frère de l’ingénieur électricien et industriel Werner von Siemens, émigré en Grande-Bretagne en 1844 : Il améliora les procédés électrochimiques d’ Elkington [[ George Richards Elkington  : Inventeur anglais (1801-1865) : On lui doit l’utilisation commerciale des procédés d’argenture et de dorure par électrolyse (1840), ainsi que l’affinage électrolytique du cuivre (1857).

(11) Four à réverbère : four à chauffage indirect, par l’intermédiaire d’une voûte portée à haute température, qui rayonne fortement sur la sole.

(12) Charles Friedel  : Chimiste organicien, et minéralogiste français (1832-1899) : Il a principalement mis au point un procédé général de synthèse des carbures benzéniques.