La Terre et son atmosphère
Pendant plusieurs centaines de millions d’années après sa formation, la Terre est restée un milieu pour le moins inhospitalier. Même si vous y aviez déniché un coin où vous tenir sans vous brûler les pieds, vous n’auriez tout simplement pas pu respirer à cause des gaz exhalés par les volcans. Le plus extraordinaire est que ce sont ces mêmes volcans qui, tout en restant toxiques un certain temps, ont fini par assainir notre air en y injectant des gaz de plus en plus riches en diazote.Trois éléments chimiques – l’oxygène, l’hydrogène et le carbone – constituent à eux seuls 93 % du corps humain et des autres formes de vie. Bien sûr, pour fonctionner, les cellules ont besoin de dizaines d’autres éléments, dans des proportions diverses et parfois même infimes, comme dans le cas du très obscur molybdène. Sauf gros pépin, les animaux et les plantes peuvent cependant trouver sans mal la plupart de ces éléments dans leur environnement.
L'azote
Le gaz azote ou, plus précisément, le diazote (N2) – actuellement 78 % de l’air, ou 780000 parties par million (780000 ppm); vous en inhalez neuf trilliards (9 × 1021) de molécules à chaque respiration.La grande exception est l’azote. Du point de vue quantitatif, il est le quatrième élément du corps humain, dont il constitue plus de 3 % du poids. L’azote est aussi, de loin, l’élément le plus commun dans l’air : il entre dans la composition de quatre sur cinq des molécules que nous respirons jour après jour. Vous vous dites peut-être que l’incorporer dans nos cellules devrait donc être un jeu d’enfant ? Eh bien, pas du tout ! Malgré son abondance, la plupart des organismes doivent se battre bec et ongles pour s’approprier le moindre atome d’azote. Tout simplement parce que les cellules de la plupart des êtres vivants, humains compris, ne peuvent pas utiliser l’azote sous forme gazeuse. Au préalable, le diazote doit subir une transformation. Or, pendant les premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre, seuls quelques microbes particuliers ont été capables de faire ce tour de passe-passe.
L'absorption de l'azote par le corps humain
Au début du XXe siècle, pourtant, l’Homo sapiens devint le premier être non bactérien à rejoindre le panthéon des fabricants d’azote, en la personne de deux Allemands, tous deux chimistes travaillant pour l’industrie. L’un et l’autre furent célébrés comme des héros nationaux pour leurs découvertes, et tous deux reçurent le Prix Nobel. Par la suite, tous deux furent aussi condamnés en tant que criminels de guerre. Quelle que soit la haine qu’ils suscitèrent, ils pouvaient se vanter d’avoir fait passer de l’atmosphère au corps humain l’élément no 7 du tableau périodique. Il ne va pas être possible de raconter l’histoire de l’air sans évoquer les prodiges chimiques de Fritz Haber et de Carl Bosch.Fritz Haber naquit en 1868 dans une famille juive allemande de la classe moyenne. Jeune homme, malgré un talent évident pour la science, il navigue entre plusieurs industries (la fabrication de teinture, la production d’alcool, l’extraction de la cellulose, la production de mélasse) sans se distinguer particulièrement dans aucune d’entre elles. Puis, en 1905, une compagnie autrichienne lui demanda de chercher une nouvelle façon de synthétiser l’ammoniac (NH3).
L’ammoniac (NH3) – actuellement un cent millième de partie par million (0,000 01 ppm, 10–11) dans l’air ; vous en inhalez cent milliards (1011) de molé- cules à chaque respiration.
En théorie, rien de plus simple. Il y a tout le diazote (N2) qu’on veut dans l’air et on peut obtenir de l’hydrogène gazeux (ou dihydrogène, H2) en scindant des molécules d’eau (H2O) sous l’effet d’un courant électrique (électrolyse). Pour produire de l’ammoniac (NH3), il suffit donc de procéder à un mélange de gaz: N2 + 3H2 → 2NH3. Et le tour est joué ! Sauf que Haber se retrouva devant un cercle vicieux. Il faut une chaleur énorme pour casser la molécule de diazote en deux atomes d’azote susceptibles de réagir ; mais cette chaleur a tendance à détruire le produit de la réaction, la fragile molécule d’ammoniac. Haber passa des mois à tourner en rond, puis, finalement, écrivit un rapport expliquant que ce procédé ne donnait rien.
Son rapport serait passé totalement inaperçu – les expériences qui n’aboutissent pas ne remportent pas de prix – si Walther Nernst (1864-1941), un chimiste corpulent et vaniteux, ne s’en était pas mêlé. Nernst incarnait tout ce dont Haber rêvait: il travaillait à Berlin, le centre névralgique de l’Allemagne, il avait fait fortune en inventant une nouvelle ampoule électrique et, surtout, il était devenu un scientifique prestigieux en découvrant une nouvelle loi de la nature, la troisième loi de la thermodynamique. De plus, ses travaux en thermodynamique avaient permis aux chimistes de faire quelque chose de totalement impensable jusque-là: établir pour n’importe quelle réaction – par exemple la transformation du diazote en ammoniac – une estimation de son rendement à différentes températures et pressions. C’était là un raccourci énorme. Plutôt que d’avancer à tâtons, les chimistes pouvaient enfin prédire les conditions optimales des réactions chimiques.
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Extrait du titre Le dernier souffle de CésarDe Sam KeanCollection QuantoPublié chez EPFL PRESS