"Henry Cavendish, le plus riche de tous les savants et peut-être le plus savant des riches"
Henry Cavendish est né à Nice en 1731 lors d'un séjour de sa mère (qui était anglaise) dans cette région. Il est issu d'une famille d'aristocrates. Dans sa jeunesse, Cavendish est un enfant timide et toujours dans la lune. Il entre à l'Université de Cambridge en 1749 et y reste jusqu'en 1753 sans pour autant décrocher le moindre diplôme. Il entreprend un voyage dans toute l'Europe en compagnie de son frère dans les années qui suivent.
Devenu un des hommes les plus puissants d'Angleterre après un héritage important, Henry Cavendish préfère se plonger dans les études scientifiques. Sa timidité naturelle et son manque de sociabilité ne lui permettront d'avoir des amis que dans les rangs des scientifiques. Il est terrifié par les femmes et ne communique avec ses servantes que par l'intermédiaire de notes écrites.
L’air inflammable
Les premiers travaux de Cavendish débouchent dès 1766 sur la production d'hydrogène, un gaz qu'il nomme "air inflammable" (le terme d'hydrogène ne sera utilisé que plus tard par Lavoisier). Il n'est pas le premier à fabriquer ce gaz mais il est le premier à établir ses principales caractéristiques et notamment sa densité par rapport à l'air. Il découvre ainsi que "l'air inflammable" est un gaz 11 à 12 fois moins dense que l'air. Il le fabrique en faisant réagir des métaux sur des solutions acides qu'il nomme "huile de vitriol" (acide sulfurique). Il montre ainsi que la réaction d'un métal avec toute solution acide produit ce gaz aujourd'hui dénommé "dihydrogène".
Mais son interprétation de la réaction se base sur des fondements qui ne sont pas exacts et qui seront corrigés plus tard. Cavendish imagine notamment qu'un métal contient l'hydrogène et que l'action de l'acide ne fait que libérer ce gaz. L'idée de transformation chimique n'est pas encore de mise à cette époque. On sait aujourd'hui que le gaz se forme atomiquement à partir de l'acide.
Mais les raisonnements erronés de Cavendish lui permettront de faire malgré tout par la suite des découvertes extraordinaires.
Les compositions élémentaires de l’eau et de l’air
Se basant sur des expériences amorcées par le savant anglais Warltire qui fait brûler l'hydrogène dans de l'air, Cavendish s'intéresse à la formation d'une buée après avoir fait brûler l'hydrogène dans un tube de verre contenant de l'air ambiant. Il montre que la buée formée ne provient pas de l'humidité de l'air mais de la combustion (il utilise le terme de phlogistication) de l'hydrogène avec une portion de l'air. Au même moment, Priestley est le premier à parvenir à extraire l'oxygène de l'air. Utilisant la méthode de Priestley, Cavendish remplace l'air par de l'oxygène et il montre ainsi que l'hydrogène brûle toujours dans ce gaz en formant cette même buée qu'il identifie comme étant de l'eau. Il constate que la combustion consomme deux fois plus d'hydrogène que d'oxygène, concluant ainsi que l'eau provient de la combinaison de ces deux gaz dans des proportions de 2 à 1.
C'est ce qu'il affirme dans son livre écrit en 1784 "Experiments on Air". Pour la première fois, le caractère "élémentaire" de l'eau, admis depuis Aristote, est sérieusement remis en question. D'après Cavendish, l'eau est un corps composé.
Selon le même principe, Cavendish prouve par la suite que l'air est un mélange d'oxygène (qu'il appelle "air déphlogistiqué") et d'azote (qu'il appelle "air phlogistiqué"). Il trouve aussi des proportions assez voisines de celles connues aujourd'hui. Mais sa découverte ne s'arrête pas là. Dans un eudiomètre, Cavendish provoque l'oxydation de l'azote de l'air et remarque qu'une proportion très faible de cet azote ne s'oxyde pas. En refaisant plusieurs fois l'expérience, il se rend compte qu'il trouve toujours le même résultat. Le résidu inodydable représente environ 0,9% de l'azote en volume, ce qui correspond, on le sait aujourd'hui à la proportion des gaz nobles inoxydables dans l'air dont le principal est l'argon qui ne sera identifié qu'un siècle plus tard et que Cavendish avait au départ identifié comme faisant partie de l'azote de l'air.
La densité du globe terrestre
En 1798, Cavendish publie "Experiences to determine the density of the Earth". Il se base sur les lois de la gravitation de Newton et sur les travaux de Bouguer pour donner une valeur approchée de la densité du globe terrestre. Dans un premier temps, Cavendish donne une valeur précise de la constante universelle de gravitation (qui avait déjà été déterminée par Newton).
La période d'un pendule varie avec l'altitude, mais cette variation ne suit pas la loi de Newton, c'est ce que Bouguer avait montré jusque-là. Reprenant cette conclusion tout d'abord au sein du "Committee of attraction" de la Royal Society de Londres, puis seul, Cavendish met au point une balance de torsion (qui porte désormais son nom) composée de deux couples de sphères faites en plomb. L'équilibre des deux couples de sphères est difficile à atteindre mais la grande précision de l'appareillage a permis à Cavendish de mesurer avec une assez bonne précision, la valeur de la densité moyenne de la Terre en même temps que la masse de la Terre. La valeur ainsi déterminée pour la densité était de 5,45 contre les 5,52 actuellement admis, ce qui, étant donné la pauvreté des moyens de l'époque reste un véritable exploit.
Electrostatique et électrocinétique
En 1773, après de longs travaux sur la conduction des électrolytes et des conducteurs métalliques, Cavendish ébauche une première version de ce qui deviendra une cinquantaine d'années plus tard la loi d'Ohm. Il concentre aussi ses efforts sur les répartitions des charges électriques dans les condensateurs et émet le premier la notion de capacité électrique. Il s'aide pour celà du modèle macroscopique de l'attraction des astres décrit par Newton. Il détermine la résistivité de l'eau pure et la compare à celle de l'eau salée en diverses concentrations en prenant comme référence la conductivité du fer qu'il considère comme quasi parfaite.
Une bibliographie sommaire
Paradoxalement, Cavendish ne laissera que très peu de publications de ses résultats (Cavendish n'a écrit aucun livre). Une bonne partie de ses découvertes seront refaites plus tard par d'autres savants. C'est le cas notamment pour ses travaux sur les charges électriques qui ne seront dévoilés que dans les années 1880 lorsque Maxwell redécouvre ce que Cavendish avait déjà trouvé près d'un siècle avant.
De plus, la réticence naturelle de Cavendish à proposer ses découvertes à la communauté scientifique fut à l'origine de nombreux débats à une période où beaucoup de savants travaillaient sur les mêmes sujets et faisaient des découvertes similaires. Sa découverte sur la composition de l'air il la garda pour lui alors qu'au même moment James Watt et Joseph Priestley faisaient les mêmes découvertes, ce qui créa un important débat. Ca n'aurait visiblement pas été le cas si Cavendish avait publié ses résutats au moment de ses découvertes. Mais il semble que Cavendish faisait des sciences uniquement pour satisfaire sa curiosité naturelle.
Un visionnaire éminent
En montrant que l'eau est un corps composé et que l'air est un mélange, Cavendish a contribué à faire entrer la chimie dans une nouvelle ère. Les idées aristotéliciennes (la matière est consituée à partir d'éléments comme le feu, l'eau, l'air ou la terre) sont définitivement délaissées. Sa formation de mathématicien éminent lui aura donné cette rigueur intellectuelle qui lui aura permis de bouleverser les idées établies et de faire entrer la chimie dans l'ère des éléments chimiques.