1 Au XVIII^e siècle, le diamant, terre considérée comme la plus simple et la plus pure, résistant au feu, est pour les chimistes comme Macquer le représentant du principe terreux à l’exemple de « l’illustre Stahl » qui « ne regarde comme l’élément terrestre proprement dit que la premiere terre de Becher, c’est-à-dire la terre vitrifiable » [2]. En 1766, Macquer doute de pouvoir « produire une chaleur assez forte, même en employant le foyer des meilleurs miroirs ardens, pour fondre une pierre vitrifiable très dure, telle que le diamant » [3]. Il maintient cette affirmation en 1770 dans son cours au Jardin du Roi [4]. Cependant, le diamant exposé à un feu intense disparaît sans laisser de traces et, entre 1771 et 1773, les chimistes Jean D’Arcet (1725-1801), Hilaire-Marin Rouelle (1718-1779), Pierre-Joseph Macquer (1718-1784), Louis-Claude Cadet de Gassicourt (1731-1799), Mathurin-Jacques Brisson (1723-1806) et Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) se penchent sur ce comportement surprenant. La combustibilité du diamant très tôt proposée par Macquer est validée par le comportement du diamant exposé sous une cloche au foyer de la lentille ardente de Tschirnhaus [5]. Le diamant se vaporise dans l’air en donnant un gaz qui trouble l’eau de chaux et qui a beaucoup de ressemblance avec celui qui se dégage lors des « effervescences, des fermentations & des réductions métalliques » [6]. Le diamant ne serait donc que du vulgaire charbon ? Mais le dégagement de gaz acide carbonique (dioxyde de carbone) ne permet pas de déterminer s’il ne se produit pas un autre gaz, c’est-à-dire si le diamant est du carbone pur, ou s’il est lié à une autre substance comme par exemple à de l’eau de cristallisation qui expliquerait sa forme régulière et le clivage de ses lames. C’est la première question que se pose Louis-Bernard Guyton de Morveau (1737-1816) qui prend dès 1781 la relève de cette recherche car les résultats des expériences de Macquer et de Lavoisier, auxquelles il n’a pas assisté, ne le satisfont pas entièrement [7]. Il y consacrera trente années. L’École polytechnique conserve dans ses archives les procès-verbaux manuscrits des expériences de Guyton sur le diamant réalisé entre 1781 et 1807 [8]. Le premier document est un récapitulatif des différentes questions auxquelles Guyton a tenté de répondre au cours de cette recherche :

2

« Le diamant est-il du carbone pur ? Ne tient-il pas avec le carbone la portion d’eau de cristallisation qu’annoncent sa forme régulière, le clivage de ses lames […] ? Quelle est la quantité d’oxygène qu’il exige pour passer à l’état d’acide carbonique ? Combien une quantité donnée de diamant donne-t-elle, dans la combustion, d’acide carbonique pur ? Le diamant tient-il de l’hydrogène […] ? Enfin, quelle est, dans ce cas, la quantité d’eau qui se produit dans sa combustion ? »  [9]

3 En nous appuyant principalement sur cette source, qui permet de suivre le savant dans son laboratoire, nous présenterons ici la réalisation de ce programme de travail, les difficultés expérimentales rencontrées, les principaux résultats obtenus, ainsi que la dimension internationale prise par les expériences sur le diamant comme les nombreux échanges établis avec les chimistes britanniques en particulier : querelle de priorité, controverse sur les résultats et leur interprétation.

La relève de Macquer. Quelle est la vraie nature du diamant ?

4 Aussitôt informé des premières expériences parisiennes sur la volatilisation du diamant, Guyton les rapporte à ses pairs de l’Académie de Dijon. Il en donne une interprétation toute personnelle :

5

« Que cette matiere la plus simple que nous connoissions n’est autre chose que de l’eau pure et qu’en attendant que cette conjecture se vérifie, il ne doit plus être permis du moins de nier absolument que l’element aqueux puisse entrer dans la composition des pierres vitrifiables »  [10].

6 Il va plus loin dans la publication de son Essai physico-chymique sur la dissolution et la crystallisation en avançant que l’évaporation du diamant semble devoir faire conjecturer que ce dernier « n’est véritablement qu’une eau pure […] privée du principe inflammable » [11]. L’eau vraiment pure est en effet impossible à obtenir même par des distillations répétées et la pureté du diamant permettrait alors de le considérer comme une matière très simple « se rapprochant plus qu’aucune autre de l’état d’élément ». Guyton cite le grand chimiste hollandais Herman Boerhaave (1668-1738) qui énonce l’hypothèse qu’un grand froid prolongé pourrait tellement resserrer les parties de l’eau que celles-ci se convertiraient en pierres précieuses infusibles même par le feu ordinaire des fours de verrerie [12]. Pour Guyton, le diamant serait alors le représentant de l’élément Eau alors que pour Macquer, comme pour Stahl, il symboliserait l’élément Terre.

7 Guyton réalise ses premières expériences publiques sur le diamant dans le laboratoire de l’Académie des sciences, arts et belles-lettres de Dijon les 19 avril et 1^er mai 1781, devant un public choisi : son confrère Mollerat de Souhey (c.1747-1821) et l’agronome Philibert-Charles-Marie Varenne de Fenille (1730-1794), qui apportent les diamants, d’autres académiciens de Dijon et « plusieurs amateurs qui suivoient les cours » [13]. Guyton reproduit les expériences réalisées à Paris en 1771 : la combustion du diamant dans un têt de porcelaine sous le moufle d’un fourneau, puis à l’abri de l’air enfermé dans du charbon. Les spectateurs constatent, comme leurs prédécesseurs dix ans auparavant, l’atmosphère lumineuse, la perte de poids et la disparition du diamant puis sa conservation dans la seconde expérience. Ces expériences confèrent à Guyton le statut d’héritier de Macquer dont il se déclare le disciple [14]. Loin de Paris, Guyton a en effet appris la chimie dans les ouvrages de Macquer, en particulier ses Élémens de chymie pratique et théorique [15] ; il a poursuivi le travail de son maître sur les affinités et développé le renouvellement de la nomenclature chimique [16]. Les expériences publiques réalisées à Dijon en 1781 scellent la mainmise de Guyton sur la poursuite de la recherche de la nature du diamant. Il peut ainsi constater de visu la réalité de la combustibilité du diamant qu’il ne connaissait que par les écrits publiés. Ces observations le convainquent de la présence de phlogistique dans le diamant [17] qu’il croit liée à une base terreuse. Pour isoler cette base Guyton fait agir sans succès des substances très avides de phlogistique, c’est-à-dire oxydantes, mais seul le nitre ou salpêtre (nitrate de potassium) en fusion attaque le diamant qui disparaît totalement. La base recherchée, inséparable du magma contenant la terre du creuset, reste cependant introuvable. Pourtant les essais ne manquent pas : le verre, le grès de Bretagne, le biscuit… il faudrait opérer dans un creuset en or qui n’est pas attaqué par le nitre, ce qui n’est pas le cas du platine [18]. À la demande de l’Académie des sciences, Mathieu Tillet (1714-1791) fournit l’or mais l’opération n’a pas lieu par manque de diamant [19]. En publiant ces derniers résultats, en 1785, dans sa traduction des Opuscules chymiques et physiques de Bergman, Guyton réitère cette difficulté : « je laisse cette expérience à faire à ceux qui sont plus fournis que moi de ces matières précieuses » [20]. Il évoque à nouveau, en 1789, devant l’auditoire de son cours de chimie de Dijon, cette expérience fondamentale de l’action du nitre fumant sur le diamant, déjà tentée sans succès par Jean Darcet et Hilaire-Marin Rouelle en 1776 [21]. L’absence de diamants pour poursuivre les expériences, les temps troublés de la Révolution et les responsabilités politiques de Guyton [22] interrompent momentanément ses expériences sur le diamant. Elles ne reprennent qu’en 1796 [23].

8 Entre-temps le monde a changé, non seulement le monde politique mais aussi celui des sciences. Dans la nouvelle nomenclature chimique publiée en 1787, on ne parle plus de phlogistique mais de perte d’oxigène, plus de gaz inflammable mais d’hydrogène, plus d’air fixe mais de gaz acide carbonique. Dans le nouveau système de poids et mesures, on ne parle plus de grain, de pied ou de pouce cubique mais de gramme, de mètre et de centimètre cube. Les pesées ont toujours existé en chimie mais Lavoisier a introduit une exigence extrême des résultats sans laquelle ils ne peuvent être validés. Il a introduit aussi la mesure des gaz à l’aide d’appareils de plus en plus sophistiqués. Entre-temps aussi les écoles publiques d’enseignement scientifiques ont fleuri : l’École normale de l’an III, l’École centrale des travaux publics, la future École polytechnique [24] dans laquelle Guyton est nommé professeur de minéralogie en 1794. Il bénéficie à ce titre d’un laboratoire dans lequel ses élèves réalisent des travaux pratiques sous la direction de son adjoint Bertrand Pelletier (1761-1797) [25]. Entre-temps enfin la France est entrée en guerre contre l’Autriche, l’Espagne et l’Angleterre, ce qui de manière inespérée va permettre à Guyton d’avoir à sa disposition les diamants nécessaires à la poursuite des expériences. En effet, l’École polytechnique a obtenu pour son cabinet une part de quelques diamants bruts trouvés sur une prise faite en l’an II sur un navire anglais provenant du Sénégal. Ces diamants ne pouvant être taillés, donc de bas prix, ont été donnés à l’École à la demande de Monge, son directeur [26]. Et, comme l’écrit Prieur de la Côte-d’Or à Guyton, alors en voyage à Dijon, « les diamans ont été remis à l’ecole, on n’y touchera pas avant ton retour. Pelletier en est le dépositaire fidèle » [27]. Guyton a ainsi à sa disposition les diamants du cabinet de minéralogie et un laboratoire, la recherche de la « vraie » nature du diamant peut alors reprendre après dix années d’interruption. Elle s’organisera en trois étapes : l’étude des propriétés chimiques du diamant en 1796, son exposition au foyer d’une lentille ardente entre 1797 et 1798 et enfin sa combustion dans l’oxygène pur de 1807 à 1812.

Les propriétés chimiques et électriques du diamant, an IV (1796)

9 Dès le 26 thermidor an IV (13 août 1796), Guyton est en mesure de lire à l’Institut national ses Observations sur la combustion du diamant dans le nitre en fusion [28]. En absence de creuset d’or, l’expérience est réalisée dans un creuset d’argent prêté par Pelletier. Le diamant est jeté dans du nitre pur fondu au plus grand feu que supporte l’argent dans le fourneau de coupelle ; après refroidissement, il est devenu inégal et terne, son poids a diminué mais l’acide carbonique qui aurait pu se former n’est pas mesurable [29]. Guyton n’est cependant pas le seul à réaliser cette expérience. En effet, Outre-Manche, Smithson Tennant (1761-1815) – qui avait travaillé à ses côtés au laboratoire de l’académie de Dijon onze ans plus tôt – lit le 15 décembre 1796 devant ses pairs de la Royal Society un mémoire intitulé On the Nature of the Diamond [30]. Il opte pour la combustion du diamant par le nitre et opère dans un tube d’or chauffé à haute température. Les diamants sont entièrement consumés et l’air fixe dégagé est mesuré par précipitation dans l’eau de chaux. Pour conforter la validité de ses résultats, Tennant précise que les diamants ont été pesés avec « une grande précision », il note soigneusement la température et la pression de la pièce où l’expérience est réalisée et obtient des résultats comparables à ceux obtenus par Lavoisier pour la combustion du charbon [31].

10 Ces mesures montrent que le diamant est entièrement constitué de charbon. Sans oublier de mentionner l’antériorité de ses travaux dans lesquels il a, dès 1784, préconisé l’utilisation de l’or pour l’action du nitre sur le diamant, Guyton relate fidèlement dans les Annales de Chimie les expériences de son confrère britannique [32]. Il s’appuie pour cela sur le compte rendu qu’en a fait William Nicholson (1753-1815) dans son Philosophical Journal en 1797 [33]. La diffusion des travaux de Tennant et de Guyton ne se limite cependant pas au cercle fermé des chimistes français et britanniques, elle se répand aussi en Allemagne par le biais du nouveau journal de chimie édité par Alexandre Nicolas Scherer (1771-1824) [34]. Ce dernier s’intéresse aux recherches de Guyton sur le diamant. Ne lui écrit-il pas le 19 décembre 1798 : « Ne donnerés vous pas des details plus amples sur vos expériences sur le diamant ? » [35].

11 Dans la recherche de son analogie avec le charbon, Guyton teste la conductivité électrique du diamant avec le matériel d’enseignement de l’École polytechnique. Il n’a pas à aller loin pour se procurer la machine électrique et la bouteille de Leyde entre lesquelles il dispose ses vingt diamants sur une ligne de neuf centimètres. La bouteille se charge lentement. Le diamant n’est donc pas un isolant mais un mauvais conducteur :

12

« On peut donc conclure que le diamant n’est pas un corps isolant, qu’il transmet réellement le fluide électrique, mais qu’il est un très mauvais conducteur. Si l’on parvient à completter les preuves de son identité avec le carbone, ce sera un problême assez curieux de déterminer ce qui donne au charbon la vertu conductrice, ou ce qui l’ote au carbone dans l’etat de condensation qui le reduit presque au tiers de son volume » [36].

13 Et pour s’assurer une publicité plus large que celle du cercle restreint de ses collègues de l’Institut [37], Guyton veille à publier, dès la fin de l’année 1796, dans la Décade philosophique et le Magasin encyclopédique, les résultats de ses dernières expériences sur le diamant : l’action du nitre en fusion, celle de l’acide phosphorique [38], sa conductivité électrique [39]. Il lui reste cependant à conforter les résultats de Tennant : le diamant est-il du pur charbon ou est-il combiné à une matière étrangère ? La preuve ne sera obtenue que lorsque « la correspondance des poids de toutes les matières consommées avec le poids de ce produit [gaz acide carbonique] eut démontré qu’il ne s’en sépare aucune autre matière » [40]. Il faut aussi élucider la nature de la substance noire qui recouvre le diamant lors de sa combustion, c’est-à-dire déterminer quelle est la vraie nature du charbon et pour cela reprendre les expériences de combustion du diamant réalisées par Lavoisier et Macquer, mais avec les moyens modernes de matériel, d’analyse et de mesure.

Les expériences de combustion du diamant, an V-an VI (1797-1798)

14 Durant un an, du 9 fructidor an V au 25 fructidor an VI, Guyton, assisté par Jean-François Clouet (1751-1801) [41], le professeur Jean-Nicolas-Pierre Hachette (1769-1834) et l’aide préparateur du cours de chimie Charles-Bernard Desormes (1777-1862), va reproduire les expériences de combustion du diamant en utilisant, comme Lavoisier et Macquer, une lentille ardente pour concentrer les rayons du soleil [42]. Pour cette première série d’expériences qui occupent tout le mois de fructidor an V, Guyton utilise la grande lentille de l’École polytechnique (40,59 cm de diamètre) et réalise l’expérience dans une cloche de verre – dont le choix n’est pas fortuit – remplie d’oxygène :

15

« Cette cloche a été choisie assez forte pour résister à la pression latérale du mercure, d’une courbure adoucie pour réfracter disperser le moins possible les raions du cône lumineux, portant un bouton soufflé, et dont le verre etoit réparti assez également distribué pour résister aux passages de température qu’elle devoit subir » [43].

16 Le diamant est placé dans une soucoupe de biscuit de porcelaine fixée sur une tige mobile et, après avoir fait le vide, l’oxygène tiré du muriate oxigéné de potasse (chlorate de potassium) [44] est introduit dans la cloche.

17 La première exposition du diamant en milieu fermé dans l’oxygène (fig.1) débute le 9 fructidor an V (26 août 1797). Exposé à plusieurs reprises sur une durée totale de vingt-quatre minutes, le diamant rougit et s’entoure d’une auréole de lumière ; refroidi, on observe un point noir et ses bords sont émoussés. Ces observations ne sont pas nouvelles, mais le fait que le diamant, bien que rouge, n’entretienne pas sa combustion qui cesse dès que cesse l’exposition au foyer provoque l’étonnement des expérimentateurs [45]. La résistance du diamant à la combustion sera-t-elle la même avec une lentille plus puissante ? Pour reproduire à l’identique les expériences de Macquer et Lavoisier, Guyton demande à l’Institut l’autorisation d’utiliser à son tour la grande lentille de Tschirnhaus de près de 90 centimètres de diamètre qui permettrait de passer à une autre dimension [46]. Son maniement demande une dextérité et un savoir-faire spécifique, aussi les premiers essais n’ont pas lieu avant le 24 fructidor (10 septembre), et, en lui associant la petite lentille de l’Institut, les expérimentateurs s’exercent à brûler du bois et à fondre de l’argent avant d’exposer le diamant dans l’oxygène [47]. Hélas, à la première exposition du diamant, le globe de verre éclate. Tous les espoirs sont déçus et l’expérience ajournée à l’été suivant, ce qui, non seulement laissera le temps de préparer un nouveau dispositif, mais permettra aussi de bénéficier de journées mieux ensoleillées.

Figure 1

Schéma du dispositif, AEP, IX. En vignette, le dispositif utilisé par Lavoisier et Macquer, Académie des sciences, fonds Lavoisier, R1, fol. 18r.

Schéma du dispositif, AEP, IX. En vignette, le dispositif utilisé par Lavoisier et Macquer, Académie des sciences, fonds Lavoisier, R1, fol. 18r.

18 Les expériences reprennent à l’École le 5 fructidor an VI, pratiquement un an jour pour jour après les premiers essais d’exposition du diamant dans l’oxygène. Elles s’achèvent le 25 avec les calculs des volumes gazeux. Cette fois-ci, le choix se porte sur un globe de verre « assez grand pour que la surface se trouvât à une distance suffisante de la pointe du cône lumineux ». Sa capacité totale, le poids du diamant exposé sont déterminés avec soin tout comme le relevé des niveaux de mercure, la température sous la cloche et la pression du baromètre [48]. Compte tenu de la difficulté de manipulation d’un ballon de grand volume, celui-ci est rempli d’oxygène par déplacement de l’air atmosphérique puis renversé sur une cuve à mercure [49]. L’exposition du diamant à la lentille de Tschirnhaus les 5 et 7 fructidor reproduit les phénomènes usuels : brillance du diamant, point noirs, aspect métallique et disparition totale du diamant :

19

« Le diamant d’abord blanc et net est devenu noir, puis il a paru sur le noir des points blancs brillans qui etoient comme bouillonnans. Ces points ont disparu puis reparu suivant l’ardeur du foier. On a revu encore cette fois le brillant métallique ou plutôt une couleur plombée, c’est l’expression dont se sont servi les assistans pour caracteriser le phénomène » [50].

20 Même si elle se déroule dans le lieu privé de l’École, cette expérience est publique. Outre Guyton, le compte rendu révèle les noms d’Alexandre de Humboldt (1759-1869), chargé d’analyser l’oxygène introduit, Hachette et Jean-Henri Hassenfratz (1755-1827), responsables de la mesure des volumes de gaz avant et après l’exposition [51]. En utilisant les masses volumiques de l’oxygène et du gaz carbonique déterminées par Lavoisier pour le charbon, et avec une précision illusoire liée au calcul des conversions et à l’air du temps, le résultat obtenu est le suivant : les 199,9 mg de diamant ont consommé 677 cm³ soit 919,16 mg d’oxygène pour donner 1 117,96 mg d’acide carbonique. La masse totale est bien conservée. Le gaz acide carbonique est donc le seul produit formé par la combustion du diamant.

21 Cependant, les pourcentages massiques obtenus par Guyton pour la combustion du diamant (soit 17,88 % de diamant brûlé pour 82,12 % d’oxygène consommé) ne correspondent pas aux 28 % de carbone pour 72 % d’oxygène consommé déterminés en 1790 par Lavoisier et Laplace [52]. Ces résultats différents troublent les expérimentateurs. Le diamant nécessiterait-il pour sa combustion une quantité d’oxygène supérieure à celle du charbon ? Le diamant serait-il « un combustible charbonneux plus riche en vrai combustible que le charbon lui-même » [53] ? La différence entre le charbon et le diamant ne serait alors plus seulement à attribuer à leurs caractères sensibles et à l’état d’agrégation du diamant mais aussi plus essentiellement à leurs propriétés chimiques. En effet, d’autres substances carbonées – la plombagine (carbone graphite) et l’anthracolite (anthracite) [54] – présentent elles aussi une plus grande résistance à l’inflammation que le charbon. Ces substances ressemblent au charbon par leur couleur, leur opacité, leurs propriétés chimiques et la conduction du fluide électrique. Elles s’apparentent au diamant car elles brûlent à une température beaucoup plus élevée que le charbon, absorbent plus d’oxygène et fournissent plus d’acide carbonique. Ces substances peuvent donc être considérées comme des intermédiaires entre le diamant et le charbon. Ce qui conduit Guyton à conclure que, si le diamant « est [bien] le pur carbone, la base acidifiable de l’acide carbonique », sa combustion se fait en trois temps à des températures différentes : une oxydation du premier degré, au cours de laquelle le diamant prend une couleur noire plombée, c’est l’état de plombagine et anthracite ; une oxydation au second degré en charbon ; enfin, son oxydation complète le transforme en acide carbonique [55].

22 Le diamant serait donc du pur carbone et le charbon un oxyde de carbone intermédiaire avant son oxydation complète en acide carbonique. Fort de cette conclusion, Guyton informe immédiatement l’Institut du bon usage du prêt de la lentille et rend compte des résultats six mois plus tard le 26 prairial an VII (14 juin 1799). Le compte-rendu détaillé paraîtra le 30 messidor suivant (30 juillet) dans les Annales de Chimie [56]. Parallèlement, le 28 prairial (16 juin), Guyton communique ses résultats au Conseil d’Instruction et d’Administration de l’École polytechnique qui, fait exceptionnel, les rapporte dans le procès-verbal de séance [57] :

23 Ce tableau énigmatique est loin de correspondre au compte-rendu détaillé des expériences sur la combustion du diamant publié dans les Annales de Chimie. Il se présente plutôt comme une classification des différents degrés d’oxydation du diamant et il est peu probable que Guyton ait testé quantitativement la combustion de toutes ces substances [58]. Il s’agirait plutôt d’un programme de recherches.

24 Cependant, les points noirs et la couleur plombée observés durant l’exposition du diamant au foyer de la lentille ne constituent pas une preuve suffisante. Pour convaincre les incrédules, Guyton doit démontrer de manière infaillible la transformation du diamant en charbon avant son oxydation complète en acide carbonique. La chance est avec lui. En effet, dans le but d’observer l’action de substances terreuses sur le diamant, il fait agir une terre d’alun « édulcorée » (purifiée) par l’acide sulfurique dont il reste des traces. Il se produit un sulfure gris, le diamant perd du poids et se recouvre d’une croûte charbonneuse noire, et Guyton de conclure que « le diamant peut désoxigéner le soufre [acide sulfurique] dans des circonstances favorables [59], il passe alors à l’état de charbon ou plutôt de plombagine », preuve que la plombagine et le charbon sont des états d’oxydation intermédiaire du diamant [60].

25 L’expérience de la conversion du fer doux en acier par le diamant, réalisée par le sidérurgiste Jean-François Clouet le 25 thermidor an VII (12 août 1799) dans le laboratoire de Guyton, achève de démontrer l’analogie chimique du diamant et du carbone [61]. En l’absence de Guyton, c’est Clouet, assisté de Hachette et de Welter, qui réalise cette opération. Le procès-verbal signé des trois expérimentateurs et le culot d’acier sont confiés à Guyton qui informe l’Institut dès le lendemain [62]. Ce procès-verbal est intégralement reproduit dans les Annales de chimie et aussi, fait exceptionnel, dans les rapports de séances du Conseil d’instruction et d’administration [63]. Guyton doit en effet rendre compte du bon usage des diamants qui lui ont été confiés et cette expérience réalisée par des chimistes extérieurs à l’établissement valide l’importance de sa recherche.

26 L’an VII a donc été une année clé pour la connaissance de la vraie nature du diamant. Dans sa synthèse « Sur l’état actuel de la chimie en France et sur les travaux qu’on y fait », parue à la fin de l’année dans les Annales de chimie [64], Antoine-François Fourcroy (1755-1809) fait l’éloge des travaux de Guyton tout en rappelant ses essais personnels dans lesquels il a tenté, comme ses prédécesseurs, l’examen des états intermédiaires de la combustion du diamant en le sortant du moufle du fourneau avant sa combustion complète. Les traces noires superficielles observées sur le diamant ne sont pour lui, à l’évidence,

27

« […] que le produit d’une oxidation du diamant qui semble passer alors à l’état de charbon, et que ce dernier, […] n’est vraiment qu’un oxide de carbone, à la vérité presque toujours imprégné ou mêlé d’une proportion très variable d’hidrogène » [65].

28 Preuve de leur importance, Fourcroy conclut l’article « Diamant » de l’Encyclopédie méthodique par les deux résultats marquants de l’an VII : la conclusion des expériences de Guyton sur la combustion du diamant à l’École polytechnique et la description détaillée de la conversion du fer en acier par le diamant [66]. La consécration vient cependant de Grande-Bretagne. Six mois après l’expérience de Clouet, le chimiste écossais Sir George Stuart Mackenzie (1780-1848) lit le 3 février 1800 à la Royal Society d’Édimbourg le compte-rendu de ses expériences sur la combustion du diamant et sa combinaison avec le fer :

29

« L’expérience de Guyton, dans laquelle le diamant est totalement transformé en acide carbonique par sa combustion dans l’oxygène, a apporté une preuve décisive de son identité avec le carbone. Cette découverte importante a été ensuite confirmée par l’obtention d’acier par l’union du diamant et du fer doux » [67].

30 Ayant validé les résultats obtenus à l’École polytechnique, Mackenzie prend la défense des chimistes français en s’opposant par des expériences contradictoires à un métallurgiste anglais des Clyde Iron works, David Mushet (1772-1847), pour lequel la seule action du carbone provenant du combustible suffit à convertir le fer en acier [68].

Les dernières expériences de Guyton et la concurrence britannique (1807-1814)

31 L’intérêt pour le diamant marque une pause jusqu’à la lecture, le 24 mars 1806, d’un mémoire sur la réfringence de Jean-Baptiste Biot (1774-1862) et François Arago (1786-1853), pour qui la réfringence d’une substance dépend de sa composition : « plus forte où l’hydrogène domine, moindre où domine le carbone, et moindre encore lorsque l’oxigène est le principe le plus influent » [69]. La présence d’une grande proportion d’hydrogène pourrait alors expliquer le grand pouvoir de réfraction du diamant qui au lieu d’être identique à celui du carbone se trouve être plus du double. Mis en demeure par Biot et Arago de reprendre « l’analyse du diamant […] avec tous les soins que nos soupçons sur la présence de l’hydrogène peuvent motiver », Guyton conteste et récapitule les résultats qu’il a déjà obtenus :

32

« Il ne brûle pas dans la poussière de charbon au plus grand feu ; je l’ai brûlé dans le nitre en fusion en 1781 (v. notes sur Bergman), cette expérience repetée au creuset d’argent en thermidor an IV […] ; il convertit le fer en acier, il devient noir en s’oxydant ; je l’ai brûlé dans l’oxyde d’étain. Le diamant tient-il de l’hydrogène ? M. Biot l’a conclu de ses expériences sur la réfraction ; il doit tenir de l’eau, mais très peu, puisqu’il est formé de lames superposées, et par la voie humide.
Expériences à faire sur ce sujet » [70].

Seconde série d’expériences sur la combustion du diamant (1807-1810)

33 Les préparatifs des nouvelles expériences sur le diamant débutent dès le 5 décembre 1806 avec la commande d’une cornue de platine à Marc Étienne Janety, l’orfèvre parisien spécialiste du travail du platine, et le 25 décembre suivant avec la remise de seize diamants (soit 1812,7 mg) du Cabinet de minéralogie [71]. Durant toute l’année 1807, du 18 janvier au 25 décembre, Guyton assisté de Hachette et d’un nouveau venu, Nicolas Clément (1778-1841), réalise une suite de douze essais pour tenter, dans le laboratoire de Guyton, d’analyser à nouveau le diamant en le faisant brûler dans l’oxygène [72]. Le dispositif choisi suit les progrès de la chimie et ceux de la technique du soufflage du verre, des robinets, des luts, des gazomètres… La première tâche est d’obtenir l’oxygène le plus pur et le mieux déshydraté possible. Celui-ci est recueilli par chauffage à sec de l’oxyde de manganèse soigneusement pulvérisé, criblé et séché à l’étuve, le mercure distillé avec soin et la verrerie séchée au bain de sable. Sans relâche, semaine après semaine, les expérimentateurs tentent de mettre au point un dispositif fiable de production d’oxygène. Les échecs ne manquent pas. Après le bouchage de la cornue par les bandes de vessie [73], la rupture de la cornue de verre vite remplacée par de la porcelaine, la fonte des luts placés trop près du foyer et le remplacement de la cuve à mercure, difficile à dégazer, par une cuve à eau, le dispositif est simplifié à l’extrême [74]. Et dès la livraison du tube de platine commandé le 20 février 1807 à Janety [75], Guyton met en place le dispositif suivant dans lequel « il n’y a à craindre ni eau ni acide carbonique étrangers » [76] (fig. 2 et 3).

34 Le premier essai sur le charbon avec l’air atmosphérique ne produit pas la quantité d’acide carbonique escomptée. La cuve à eau soupçonnée de dissoudre ce gaz est alors remplacée par une cuve à mercure de deux cents litres empruntée au cabinet de physique [77], mais Guyton et ses collaborateurs vont jouer de malchance. Avec la plombagine, les deux tubes coudés cassent ; puis le 6 août, « l’une des vessies ayant perdu, on n’a pas analysé les gaz ». Le 8 août, Guyton s’impatiente « Vessie maudite ! Tu as encore perdu ». Enfin tout semble prêt :

35

« On a substitué des tubes de cuivre aux tubes de verre ; on a racommodé les soudures, les tubes de cuivre plongeoient dans des mélanges le 1^er à 3°, le 2^nd à 8° ; le thermomètre 23°… Le tube de platine se casse en deux parties égales » [78].

36 Toute une année de patientes mises au point et d’expériences préparatoires perdue par la rupture de ce tube de platine irremplaçable ! L’amertume de Guyton peut se lire dans cette note :

37

« Du Samedy 8 aout 1807        11e expérience
Un accident qu’on ne pouvoit pas prévoir, vient de nous arriver. À la première operation avec la plombagine, le tube s’est trouvé alteré ; on l’a fatigué pour detacher ce qui etoit adherent ; l’ayant chauffé pour la combustion du charbon, il a plié et s’est cassé à l’endroit même de la fusion de la plombagine, comme vous le verrez vous-même.
Nous pensons qu’il faut demander à Jeannety un nouveau tube, plus long et plus épais. Nous ne reviendrons pas demain […] » [79].

38 Deux derniers essais sur le charbon sont effectués le 28 novembre et, devant l’abandon de Hachette, le 25 décembre par Guyton seul. De ces échecs successifs, celui-ci n’évoquera dans les Annales de chimie que la mort de Janety fils, chargé de remplacer le tube de platine [80].

Figure 2

Appareil pour la combustion du diamant, 19 juillet 1807, AEP, IX. À oxygène pur ; DF tube desséchant au muriate de soude ; CC vase réfrigérant à -10°C ; H tube de platine de longueur 15 cm et 9,8 mm de diamètre ; NL tube au muriate de soude, piège à eau ; Q cloche pour recueillir les gaz.

Appareil pour la combustion du diamant, 19 juillet 1807, AEP, IX. À oxygène pur ; DF tube desséchant au muriate de soude ; CC vase réfrigérant à -10°C ; H tube de platine de longueur 15 cm et 9,8 mm de diamètre ; NL tube au muriate de soude, piège à eau ; Q cloche pour recueillir les gaz.

Figure 3

Appareil pour la combustion du diamant en vaisseaux clos (détails), AEP, IX.

Appareil pour la combustion du diamant en vaisseaux clos (détails), AEP, IX.

39 À la déception de cette année perdue, s’ajoute la controverse britannique. En effet, est-ce une coïncidence fortuite ou le résultat d’indiscrétions sur les projets de Guyton, le 18 juin 1807, William Allen et William Pepys lisent à la Royal Society un mémoire sur la nature du diamant [81]. Avec un dispositif qui diffère peu de celui de Guyton, Allen et Pepys obtiennent des pourcentages massiques de carbone déterminés à partir du gaz carbonique formé, ou calculés à partir de l’oxygène consommé, équivalents à ceux établis séparément par Lavoisier et par Tennant, soit respectivement 28 et 28,60 % de carbone consommé dans le gaz carbonique produit [82] :

40    

41 Forts de ces résultats, Allen et Pepys remettent en cause ceux de Guyton : « la quantité de gaz, avant et après l’expérience ne peut pas être rigoureusement établie compte tenu de la réalisation de son dispositif » [83] et, s’il est « préparé correctement » [84], la combustion du charbon requiert la même quantité d’oxygène que le diamant. En conclusion, outre le fait de ne pas contenir d’hydrogène, le diamant ne diffère des substances carbonées que par l’état d’agrégation de ses particules et non par ses propriétés chimiques.

42 Guyton peut-il avoir ignoré les travaux des chimistes britanniques ? Dans le compte-rendu détaillé de leur mémoire publié dans les Annales de chimie qui s’appuie sur la traduction fidèle parue dans la Bibliothèque britannique [85], il fait l’éloge du gazomètre utilisé par ses collègues. Il loue leur impartialité et ne conteste pas leurs résultats, même s’ils sont en contradiction avec les siens. Au contraire, ces derniers l’ébranlent et suscitent « un nouvel intérêt à ces recherches ».

43 Ce nouvel intérêt se répand aussi en Grande-Bretagne et c’est au tour de Humphry Davy (1778-1829) de se pencher sur la nature du diamant qu’il évoque dans sa Bakerian Lecture de l’année 1808 [86]. Sans mettre en cause la conclusion avancée par Allen et Pepys, Davy reste convaincu que de si grandes différences physiques entre le diamant et les différents types de carbone sont liées à des différences, même minimes, de leur composition chimique [87]. L’action du potassium, qui doit révéler la présence d’oxygène, et celle d’une batterie voltaïque de 500 volts appartenant à la Royal Institution [88], le conduisent à conclure que la plombagine est une matière carbonée unie au fer métallique, que le charbon est un composé de carbone combiné avec des terres et une faible quantité d’hydrogène et, comme il l’écrira le 20 mars 1809, « je considère le diamant comme un oxyde du pur élément carbone » [89], conclusions que Berthollet et Guyton rapportent fidèlement [90]. Davy s’interroge cependant sur ses résultats :

44

« Il manque de nouvelles expériences pour prouver cela [la présence d’oxygène], et la quantité, si elle existe, doit être très minime ce qui ne s’accorde pas avec la doctrine des proportions définies. Si on montre finalement que le diamant est simplement du pur carbone, ce sera un argument en faveur des variétés des formes élémentaires produites par les différentes agrégations ou arrangements de particules de même matière ; car il est pratiquement impossible de se déterminer sur des corps aussi peu semblables que le noir de lampe et la pierre précieuse la plus pure et le plus belle »  [91].

Dernière série d’expériences sur la combustion du diamant (1808-1812)

45 Depuis les échecs de l’année 1807, Guyton attend le fameux tube de platine qu’il reçoit en octobre 1808 [92]. Sa première étude concerne la particularité cristallographique d’un des diamants bruts offerts par Jean-Pierre-Joseph Darcet (1777-1844) [93] pour la poursuite des expériences et, lors de l’essai du tube, il montre que le diamant peut, comme le charbon, décomposer l’eau [94]. En 1812, Guyton donne enfin dans les Annales de chimie les résultats de ses dernières expériences effectuées en collaboration avec Clément et Darcet [95]. Il utilise le même dispositif que précédemment auquel il ajoute un gazomètre inspiré de celui d’Allen et Pepys (fig. 4 et 4 bis) et, pour améliorer la précision de ses résultats, s’appuie sur les mesures effectuées par le botaniste suisse Nicolas Théodore de Saussure (1767-1845) ainsi que sur les masses volumiques déterminées par Gay-Lussac et par Berzelius [96].

Figure 4

Allen et Pepys, Philosophical transactions, 1807.

Allen et Pepys, Philosophical transactions, 1807.

Figure 4 bis

Guyton, Annales de chimie, t. 84, 1812.

Guyton, Annales de chimie, t. 84, 1812.

46 Le dégagement d’eau observé lors de la combustion des charbons (bois de chêne, plombagine, anthracite) conduit Guyton à soupçonner, à l’instar de Gay-Lussac et de Thenard, la présence d’eau dans le charbon mais il met sur le compte de l’eau de cristallisation les traces observées dans le cas du diamant. Au final cependant, les résultats numériques obtenus, bien que différents des précédents, ne lui permettent pas de conclure à l’identité entre le diamant et le charbon car « on n’est pas encore parvenu à déterminer rigoureusement les quantités d’oxigène que ces corps exigent pour leur combustion » [97]. En effet, les différences énormes de densité, dureté, transparence, inflammabilité etc. ne peuvent se concilier qu’en admettant dans le charbon une proportion d’oxygène, c’est-à-dire en le considérant comme un protoxyde de diamant. Les nouvelles expériences n’ont donc pas changé la position de Guyton et, à l’instar de Davy, il ne déroge pas à l’idée que seule la différence de leurs propriétés chimiques est responsable de cette opposition. Sa retraite de professeur à l’École polytechnique, à la fin de l’année scolaire 1811, signe la fin de ses recherches sur le diamant qu’il récapitule en 1813 dans les Annales de chimie [98].

Humphry Davy et la poursuite des expériences sur le diamant

47 Non satisfait des différentes hypothèses proposées et comme l’avait fait Guyton en son temps avec la lentille de Tschirnhaus, Davy reprend en 1814 les expériences de combustion du diamant réalisées à Florence entre 1694 et 1695 avec la lentille de Bregens (fig. 5). Il les poursuit à Rome sur différents charbons au laboratoire de l’Académie des Lyncei [99].

Figure 5

(a) et (b) Lentille de Bregens, Musée Galileo Florence. (a) Cliché Franca Principe. (b) Cliché Christine Lehman.

(a) et (b) Lentille de Bregens, Musée Galileo Florence. (a) Cliché Franca Principe. (b) Cliché Christine Lehman.

48 Ses mesures confirment bien que la combustion du diamant produit exclusivement de l’acide carbonique mais Davy nie le processus de carbonisation observé par Guyton. Son dispositif lui a en effet permis d’interrompre à volonté la combustion du diamant et il n’a jamais constaté la formation de charbon bien que les diamants aient perdu leur brillant [100]. Le charbon n’est donc pas un protoxyde de diamant. L’action du chlore sur les charbons qui donne de l’acide muriatique (chlorhydrique) [101] lui permet par ailleurs de confirmer la présence d’hydrogène qui pourrait expliquer à elle seule la moins grande quantité d’acide carbonique formée pendant leur combustion [102]. Dix-sept ans après cependant, Davy se range à la proposition de Tennant et explique les différences physiques du diamant et du charbon par leur différence de cristallisation. En effet, l’analogie avec l’eau ou les hydrates d’alkalis qui sont conducteurs quand ils sont liquides et qui perdent ce pouvoir dans leur forme cristallisée, pourrait expliquer que le diamant ne soit pas conducteur de l’électricité et l’inflammabilité du charbon est peut-être due à l’hydrogène qu’il contient. Le diamant et le charbon ne sont donc au final qu’une même substance carbonée qui ne se différencie que par leur structure cristalline. Gay-Lussac se fera le relais des résultats de Davy en intégrant dans le premier tome des Annales de chimie et de physique la traduction intégrale de la lecture de Davy à la Royal Society [103].

49 Dans les encyclopédies cependant, le regard sur l’analogie entre diamant et charbon divergent des deux côtés de la Manche. En 1821, Nicholson conclut ainsi l’article « Diamond » de son Dictionnaire :

50

« La seule différence chimique perceptible entre le diamant et le charbon le plus pur est que ce dernier contient une infime partie d’hydrogène ; mais la quantité d’un élément quelquefois inférieure à la 50.000^éme partie du poids d’une substance peut-elle donner lieu à une si grande différence dans les propriétés physiques et chimiques ? L’opinion de M^r Tennant que cette différence dépend de la cristallisation paraît correcte » [104].

51 En France, l’article « Diamant » de l’Encyclopédie méthodique, partie Physique, publiée par Hassenfratz en 1816, rappelle les différentes expériences de Guyton en citant celles de Tennant, Allen, Pepys, Saussure, Clouet et Mackenzie mais passe sous silence celles de Davy et l’énigme de l’analogie entre diamant et charbon [105]. La première référence française affirmant cette analogie se trouve dans le cours de chimie donné par Gay-Lussac en 1818 à l’École polytechnique :

52

« Le diamant est du charbon pur. Il est difficile de le croire lorsque l’on considère la plupart des propriétés chimiques [physiques ?] de ces corps chacun en particulier. Ainsi le charbon est noir et opaque, le diamant est incolore et transparent » [106].

53 Dans les années suivantes, en 1830 et 1849, Gay-Lussac définit le diamant, octaèdre régulier, comme un isomère du carbone [107]. En général, l’analyse des cours de chimie montre que l’enseignement suit de très près l’évolution des questionnements sur la nature du diamant. En l’an III (1795) déjà, Berthollet posait la question « Serait-ce le carbone pur cristallisé ? Ou bien serait-il combiné à quelque autre principe ? » [108]. À l’École polytechnique, Guyton réactualise sans cesse son enseignement et informe régulièrement ses élèves des expériences réalisées sur le diamant  [109].

54 Alors que la question de la similitude de nature entre le diamant et le charbon était déjà posée en 1772 par Macquer et Lavoisier, il a fallu quarante années pour en apporter la preuve. La pureté insuffisante des échantillons de charbon utilisés par Guyton, la rareté du diamant, la sophistication des appareils et leur mise à l’épreuve, ont été autant d’obstacles qu’il a fallu vaincre. La remise en question par la compétition internationale, en particulier britannique, n’a pas permis non plus d’aboutir rapidement à un consensus en dépit des fréquents échanges de résultats. Cependant cette longue recherche collective au sein de l’École polytechnique met en avant la ténacité de Guyton, le soin apporté aux manipulations et son honnêteté dans les rapports qu’il donne de ses travaux et de ceux de ses concurrents. Elle livre l’image d’un savant aux prises avec la matière dans son laboratoire sans doute différente de celle de l’académicien, du professeur, de l’industriel et de l’homme politique.