Le sel de la vie

Quelquefois, en feuilletant de vieux bouquins en latin, on tombe sur des recettes pas très appétissantes:

  • Prenez de l’urine très fraîche, obtenue en fin de digestion chez un homme en bonne santé.
  • Sur un feu à 200 degrés, faites évaporer dans un récipient propre, jusqu’à obtenir la consistance d’une crème.
  • Filtrer à travers un tissu et placer le liquide huileux au frais, dans un récipient fermé par du papier, pendant un an.
  • On obtient alors, au fond, une couche de quelques pouces d’un solide marron et translucide, surmontée d’un liquide noir et épais [1].
  • Filtrer le liquide et isoler la masse solide; la laver dans l’eau froide, puis la dissoudre dans l’eau chaude et enfin laisser recristalliser. Renouveler la purification si nécessaire.

Cette expérience aussi patiente que saugrenue, c’est le Néerlandais Herman Boerhaave qui la publie en 1732. Sous le titre «Procédé n°98», elle fait partie du second tome de ses Elementa Chemiae. Médecin de formation, Boerhaave enseigne aussi les mathématiques et la botanique à l’université de Leyde. Et il est le premier à avoir décidé d’appliquer à la chimie la démarche expérimentale et quantitative que Descartes, Boyle et Newton avaient développée pour la mécanique et l’optique; ses Éléments de chimie sont un peu l’équivalent des Principia de ce dernier. En faisant cette longue expérience sur l’urine, il a incidemment posé la première pierre de ce qui va devenir une petite révolution quasi-philosophique.

Ni sel ni sucre

Mais pour le moment, ce qu’il obtient au fond de son bécher ce sont juste des petits cristaux blancs. Il vérifie qu’il ne s’agit ni de sel de table, ni de sucre, ni en fait d’aucun sel connu ; il peut donc le nommer sal nativus urinæ, ou dans les traductions sel essentiel de l’urine, ou du corps humain.

Quelques décennies passent. Dans les années 1770, le chimiste français Hilaire-Marin Rouelle, un des maîtres de Lavoisier, reproduit la même procédure expérimentale — à tel point qu’il est souvent crédité à la place de Boerhaave comme découvreur du sel de l’urine. Mais il est quand même le premier à noter que celui-ci contient une grande quantité d’azote. Les expériences se multiplient. En 1799, Fourcroy et Vauquelin améliorent le procédé de purification et proposent le nom «urée», qui restera. En 1817, le Britannique William Prout parvient enfin à obtenir de l’urée parfaitement pure. Et surtout, il observe ce qu’elle donne en présence de tout plein de réactifs. En particulier, avec de l’oxyde de cuivre il voit se former de l’eau, de l’azote et du dioxyde de carbone. Ses mesures minutieuses des quantités obtenues lui permettent d’obtenir la composition chimique de l’urée (azote, oxygène, carbone, hydrogène: aujourd’hui on note CH4N2O) avec une précision extraordinaire pour l’époque.

Dans le même temps, on commence petit à petit à comprendre la fonction du mystérieux sel: plus les mammifères ont un régime carnivore, plus sa proportion dans leur urine est importante. Avant le milieu du XIXe siècle, avec les travaux de Jacques Étienne Bérard, il sera devenu clair que l’urée sert à évacuer l’azote en trop, et résulte de la dégradation des protéines.

Sans les reins !

Mais il va revenir à un jeune médecin et chimiste allemand, Friedrich Wöhler, de faire faire un pas de géant à la (bio)chimie. Ce n’est même pas son coup d’essai: en 1827, à peine en poste à Berlin, il est déjà parvenu à isoler un nouveau métal: l’aluminium [2]. L’année suivante, il mélange deux sels inorganiques: du chlorure d’ammonium et du cyanate d’argent, puis chauffe le tout. Il s’attend à ce que dans la réaction les ions changent simplement de place, ce qui donnerait du chlorure d’argent et du cyanate d’ammonium. Mais en testant le produit obtenu, il lui faut se résoudre à l’évidence: c’est bien de l’urée qu’il a fabriqué, «sans avoir à utiliser un rein, ni d’homme ni de chien», écrit-il à son maître Berzelius [3]. Pour autant, il ne fanfaronne pas particulièrement, et son article sur cette synthèse est très succinct, plutôt sobre, et pourrait passer inaperçu dans sa bibliographie. C’est seulement rétrospectivement qu’il apparaîtra comme un véritable tournant dans l’histoire de la chimie.

Car sa découverte a une double implication. D’abord — et c’est l’aspect qui semble intéresser le plus Wöhler lui-même — l’urée et le cyanate d’ammonium ont exactement la même formule chimique, mais sont pourtant des molécules différentes: c’est leur structure qui n’est pas la même. Et donc elles n’ont pas du tout les mêmes propriétés ! On dira qu’elles sont isomères [4].

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Une chimie unique

Ensuite, la synthèse de Wöhler met à mal l’opinion dominante jusque là, le vitalisme: pour les tenants de cette hypothèse, le « vivant » était régi par des principes propres, et n’obéissait pas aux mêmes lois que le « non-vivant ». D’un côté la chaux, l’acide nitrique, le chlorure de potassium; de l’autre côté la lymphe, le sang, la peau. Deux mondes distincts­; entre les deux un gouffre infranchissable.

Et voilà que Wöhler vient de construire un pont au-dessus de ce gouffre. Certes, le chimiste allemand n’a pas créé un organisme vivant. Mais en partant de matériaux inorganiques, il a synthétisé une molécule dont on croyait que seul l’organe d’un animal pouvait la fabriquer. On peut donc avancer qu’à l’intérieur des êtres vivants, se produisent des réactions chimiques obéissant aux mêmes principes que celles que le chimiste réalise dans une éprouvette. Les molécules qu’on trouve dans les tissus des végétaux et des animaux peuvent être complexes, mais elles ne sont pas d’une essence différente des molécules dites « inertes ». C’est l’acte de naissance de la chimie organique, et, avec un peu d’avance, de la biochimie. 40 ans plus tard, la chose impressionnera encore Flaubert, Bouvard et Pécuchet:

Quelle merveille que de retrouver chez les êtres vivants les mêmes substances qui composent les minéraux. Néanmoins, ils éprouvaient une sorte d’humiliation à l’idée que leur individu contenait du phosphore comme les allumettes […]

Dans la foulée de ce premier pas, on synthétisera bientôt les premiers hydrocarbures: méthane, éthyne, benzène. Puis de l’alcool. Puis le premier colorant (la mauvéine) et le premier insecticide (le DDT) synthétiques. Puis le caoutchouc, les colles, les plastiques, l’aspirine, etc.

Aujourd’hui, quatre siècles après la découverte bizarre de Herman Boerhave, l’urée sert à fabriquer des engrais, des explosifs, des crèmes pour la peau, des aliments pour bétail. On en trouve dans les bretzels, les dentifrices, les extincteurs. Chaque années, l’industrie chimique en produit 200 millions de tonnes.


Aller plus loin


[1] Oui, parfois on est content que ces vieux bouquins ne comportent pas trop d’illustrations…
[2] Avec différents collaborateurs, il parviendra ensuite à isoler trois autres éléments: l’yttrium, le béryllium et le titane. 
[3] En réalité, c’est le le foie qui transforme l’ammoniac en urée; le rein se contente d’évacuer cette dernière.
[4] Ce n’est pas le premier exemple découvert par Wöhler. Peu de temps auparavant, avec ses collègues Liebig et Berzelius, ils ont réalisé que le cyanate d’argent, plutôt inoffensif, a la même composition chimique (AgCNO) que le fulminate d’argent, qui est lui un explosif ! 

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