Il trône sur le mur de chaque salle de classe, et pourtant le tableau périodique n'est pas né d'un seul trait de génie. Il a été assemblé pièce par pièce pendant 350 ans par des alchimistes, des professeurs, un chimiste russe amateur de jeux de cartes et un jeune physicien qui n'a jamais vécu assez longtemps pour être récompensé. Voici leur histoire.
À Hambourg, l'alchimiste Hennig Brand cherchait la pierre philosophale. Sa matière première : quelque 1 500 gallons d'urine humaine, laissée à pourrir puis réduite par ébullition. Au lieu d'or, il obtint une substance blanche et cireuse qui luisait d'un étrange vert dans l'obscurité. Il la baptisa phosphore, « porteur de lumière ». C'était le premier élément dont on connaisse le découvreur, et le début d'une chasse au trésor qui allait durer des siècles.
Antoine Lavoisier, père de la chimie moderne, publia une liste de 33 « substances simples » impossibles à décomposer davantage. La plupart étaient de vrais éléments, comme l'oxygène, l'hydrogène ou le mercure. Quelques-unes, non : sa liste comprenait aussi la lumière et le calorique, ce fluide invisible qui, selon lui, transportait la chaleur. Cinq ans plus tard, Lavoisier perdait la tête sous la guillotine de la Révolution française.
Le chimiste allemand Johann Döbereiner remarqua quelque chose de troublant. Certains éléments allaient par « triades » : des trios au comportement semblable, où la masse atomique de l'élément du milieu est presque exactement la moyenne des deux autres. Calcium, strontium et baryum. Chlore, brome et iode. Lithium, sodium et potassium. Simple coïncidence, ou indice d'un ordre caché ?
Le géologue français Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois enroula les éléments autour d'un cylindre, selon une spirale qu'il appela la « vis tellurique ». Les éléments semblables s'alignaient à la verticale. L'idée était brillante, mais son article fut imprimé sans le schéma, et presque personne n'y comprit rien.
À Londres, John Newlands constata que chaque huitième élément semblait reproduire les propriétés du premier, comme les notes d'une gamme musicale. Il nomma cela la loi des octaves. Lorsqu'il la présenta à la Chemical Society en 1866, l'auditoire resta de marbre :
« M. Newlands a-t-il essayé de ranger les éléments par ordre alphabétique ? »
— Professeur George Carey Foster
La Société refusa de publier son article. Vingt ans plus tard, elle lui décernait la médaille Davy.
À Saint-Pétersbourg, Dmitri Mendeleïev rédigeait un manuel de chimie et cherchait une manière logique de présenter les éléments. On raconte qu'il inscrivit chaque élément sur une carte et les battit comme pour une réussite, et que la disposition finale lui apparut en rêve. Cette partie relève sans doute de la légende. Ce qu'il fit ensuite, non.
Là où le motif se brisait, Mendeleïev ne força pas les éléments connus à entrer dans les cases. Il laissa des vides. Puis il fit ce que personne n'avait osé : il prédit les propriétés d'éléments que nul n'avait jamais vus.
| Nom donné par Mendeleïev | Prédit en | Découvert sous le nom de |
|---|---|---|
| Éka-aluminium | 1871 | Gallium (1875) |
| Éka-bore | 1871 | Scandium (1879) |
| Éka-silicium | 1871 | Germanium (1886) |
Lorsque le gallium fut découvert, son découvreur mesura une densité de 4,7 g/cm³. Mendeleïev n'en avait jamais tenu le moindre grain, mais il lui répondit que la valeur devait avoisiner 5,9 et que l'échantillon était forcément impur. On purifia l'échantillon, on refit la mesure : 5,9. Pour le germanium, il avait prédit une masse atomique de 72 ; la valeur réelle est de 72,6. Les chimistes qui doutaient de lui furent conquis.
Le chimiste allemand Lothar Meyer était parvenu de son côté à un tableau très semblable, mais c'est l'audace de Mendeleïev, qui osa prédire l'inconnu, qui rendit son tableau célèbre.
Lord Rayleigh et William Ramsay découvrirent, caché dans l'air ordinaire, un gaz qui refusait de réagir avec quoi que ce soit. Ils le nommèrent argon, « le paresseux ». Il n'avait aucune place dans le tableau. En quatre ans, Ramsay trouva ses cousins, le néon, le krypton et le xénon, et les chimistes firent quelque chose de remarquable : au lieu de briser le tableau, ils y ajoutèrent une colonne entière. Les gaz nobles s'y logèrent à la perfection, et le tableau en sortit renforcé.
Quelques éléments restaient dans le « mauvais » ordre selon leur masse. Mendeleïev avait interverti le tellure et l'iode par intuition, sans pouvoir expliquer pourquoi. À 25 ans, le physicien anglais Henry Moseley bombarda différents éléments de rayons X et trouva la réponse : chaque élément possède un nombre de protons qui lui est propre, son numéro atomique. Classées par numéro atomique, toutes les exceptions gênantes disparaissaient.
Les travaux de Moseley le promettaient au prix Nobel. Au lieu de cela, il s'engagea volontairement dans l'armée pendant la Première Guerre mondiale et fut tué par un tireur embusqué à Gallipoli en 1915, à 27 ans. Sa mort contribua à convaincre la Grande-Bretagne de tenir ses scientifiques à l'écart du front lors de la guerre suivante.
Une case resta vide pendant des décennies : celle de l'élément 43. On le trouva finalement non pas dans la nature, mais dans un morceau de molybdène bombardé dans un accélérateur de particules. Carlo Perrier et Emilio Segrè le nommèrent technétium, du grec signifiant « artificiel ». C'était le tout premier élément fabriqué par l'homme, et l'aube d'une ère nouvelle.
Alors qu'il travaillait pour le projet Manhattan, Glenn Seaborg proposa de sortir toute une série d'éléments lourds, les actinides, du corps principal du tableau pour les placer dans une ligne séparée, tout en bas. Ses collègues le mirent en garde : il allait ruiner sa réputation scientifique. Au contraire, cette idée lui valut le prix Nobel en 1951 et donna au tableau la forme que nous lui connaissons aujourd'hui. En 1997, l'élément 106 fut baptisé seaborgium, faisant de lui la première personne à donner son nom à un élément de son vivant.
Après des décennies de travail d'équipes en Russie, aux États-Unis, en Allemagne et au Japon, l'UICPA approuva les noms des quatre derniers éléments : nihonium (113), moscovium (115), tennesse (117) et oganesson (118). L'oganesson rend hommage au physicien russe Iouri Oganessian, la deuxième personne ainsi honorée de son vivant. Ses atomes survivent moins d'un millième de seconde, mais ils ont complété pour la première fois la septième ligne du tableau.
En ce moment même, des laboratoires projettent des faisceaux de titane et de chrome sur des cibles lourdes, dans l'espoir de créer l'élément 119 ou 120, le premier d'une huitième période. La théorie laisse entrevoir un « îlot de stabilité » où des atomes superlourds pourraient vivre bien plus longtemps. Le tableau qui a commencé avec un flacon luisant d'urine bouillie s'écrit encore, et le prochain chapitre pourrait s'ouvrir à tout moment.