Il y a déjà quelque temps, on avait parlé d’un chimiste hollandais qui s’était amusé à laisser pourrir un bol d’urine pendant quelques mois (oui parce que la science, parfois, prend des chemins saugrenus). Eh bien en fait il n’était même pas le premier à jouer à ça. À la suite de l’alchimiste allemand Hennig Brandt en 1669, ils sont plusieurs à tenter une drôle d’expérience alchimique avec de l’urine putréfiée. Spoiler: pas la peine d’essayer… non, ça n’aide pas à changer le plomb en or.
Par contre, on finit par obtenir une nouvelle substance blanche ou jaunâtre, qui brille un peu dans le noir, et s’enflamme de manière très vive. À l’époque les seuls « éléments chimiques » connus le sont depuis longtemps: ce sont les métaux courants, le soufre, l’arsenic et le carbone. Cette drôle de matière blanche est toute nouvelle; on va l’appeler phosphore : un très beau mot grec pour dire « porteur de lumière ».
Le chiffonnier et la marchande d’allumettes
Il faut attendre 1737 et un certain Jean Hellot pour que la recette, jusque là plus ou moins secrète, se stabilise. Le problème, c’est que notre nouveau matériau reste assez compliqué à fabriquer à partir de l’urine: pour 50 g de phosphore, il en faut pas moins de 1000 litres[1] ! Tout va changer vers 1770, avec les Suédois Carl Wilhem Scheele (qu’on a déjà croisé aussi) et Johan Gottlieb Gahn, qui découvrent un nouveau procédé de synthèse beaucoup plus pratique.
Cette fois il faut des os (de bœuf, de mouton, de cheval ou de chat, peu importe). À Paris, ce sont les chiffonniers qui vont se charger de les récupérer, dans les détritus (de ceux qui mangent de la viande) ou à la fosse d’équarrissage. On fait brûler les os: ils deviennent noirs, puis à nouveau blancs, et très friables. On mélange la poudre avec du carbonate de calcium (de la craie), puis on ajoute de l’acide sulfurique. Le tout se met à chauffer spontanément, on touille pour éliminer le gaz. On allonge, on décante, on purifie, on dessèche la pâte; puis de nouveau on chauffe, on filtre. Et on obtient du phosphore liquide, qui cristallise en refroidissant.
Et idéalement on le place sous l’eau. Parce que le bloc de phosphore blanc qu’on a obtenu est tellement réactif qu’il peut s’enflammer spontanément au contact de l’air. C’est un peu ennuyeux.
Ou intéressant ? En 1832, un Allemand établi en Suisse utilise la recette d’un Français et fonde une première fabrique d’allumettes au phosphore. En France, leur fabrication devient un monopole d’état, l’unique fournisseur étant l’usine de François Coignet à Lyon. La tête de ces allumettes primitives est très simple: phosphore et soufre, du sable et un peu de colle. Problème: le moindre frottement suffit, et l’embrasement est parfois un peu trop spontané. Les accidents sont légion. Pire encore, on ne tarde pas à constater que les ouvriers manipulant le phosphore blanc développent d’horribles nécroses de la mâchoire[2].
On passe au rouge
En 1841, c’est encore un chimiste suédois (et sans doute l’un des plus grands chimistes de son siècle) qui va résoudre le problème: Jöns Jakob Berzelius. Il chauffe un échantillon de phosphore blanc au-dessus de 300°C, puis le refroidit. Et il obtient… autre chose. Ce n’est plus blanc mais rouge. Mais c’est toujours du phosphore, et rien que du phosphore. Simplement, il n’a plus la même structure: le phosphore blanc se présente comme des tétraèdres de 4 atomes; le rouge comme un unique assemblage amorphe d’un très grand nombre d’atomes. Pour décrire ces deux « états » différents, Berzelius invente le mot allotropes. Comme les phosphores rouge et blanc, le diamant et le graphite ne sont que 2 formes allotropes du carbone.
Mais il n’y a pas que la couleur qui a changé: la version rouge du phosphore est beaucoup moins toxique, et beaucoup moins inflammable ! Voilà qui est nettement plus facile et prudent à manipuler. Dès 1844, l’un de ses collègues, Gustaf Erik Pasch, va le mettre à profit. Il ne se contente pas de remplacer le phosphore blanc par du rouge: il place celui-ci non pas sur la tête de l’allumette, mais, mélangé avec de la poudre de verre, sur un grattoir spécial. Et c’est encore un compatriote, John Lundström, qui se charge de la première fabrication industrielle. Schiele, Gahn, Berzelius, Pasch, Lundström: celles qu’on appellera les « allumettes suédoises » auront quintuplement mérité leur nom !
Le feu dans la poche
L’allumette au phosphore, trop dangereuse, est donc devenue « allumette de sûreté »: on ne peut plus l’allumer sur n’importe quoi[4]. 
Sur l’allumette elle-même, on colle de la paraffine mélangée à de la poudre de stibine (le combustible), de phosphate d’ammonium (limite la fumée) et de chlorate de potassium (facilite l’allumage) [3] . La friction sur le grattoir, aidée par la poudre de verre, transforme à nouveau le phosphore rouge en phosphore blanc. Qui s’enflamme aussitôt. L’étincelle se communique à la tête de l’allumette, dont le « nappage » brûle assez longtemps pour enflammer la tige en bois. Et voilà un feu de camp pas trop compliqué à lancer.
Maîtriser le feu, c’était un beau progrès. Pouvoir l’emporter dans sa poche, c’est encore mieux, et c’est à une équipe de cinq Suédois qu’on le doit.
Aller plus loin
- Ce film extraordinaire de la Société Américaine de Chimie montre la combustion de l’allumette, filmée à 4 000 images par seconde.
- En espagnol, allumette se dit donc pour 2 très bonnes raisons: Fósforo !
- L’idée de ce billet m’est venu il y a déjà un moment en écoutant le cours passionnant d’Antoine Compagnon sur les chiffonniers au XIXe siècle, qui depuis est devenu un livre non moins passionnant, et superbement illustré. Si toutefois vous n’en vouliez qu’un extrait plus court, il y a aussi.
- Plus de chiffonniers: l’extraction minière est aujourd’hui la principale source de phosphore (20 à 30 millions de tonnes produites par an dans le monde), dont le débouché le plus important est la fabrication d’engrais. L’exploitation d’un sous-sol riche en minerai phosphaté a fait en quelques décennies la fortune, puis la ruine (à tous les sens du terme) de la petite île micronésienne de Nauru:
- Un article d’A. Astier dans la Revue d’histoire de la pharmacie, qui met l’accent sur les problèmes toxicologiques et l’utilisation du phosphore comme poison (et mode de suicide). Plus de détails sur les maladies de la mâchoire qu’il provoque.
Toxique et très inflammable… évidemment, le phosphore blanc est rapidement devenu une arme combinant explosion et nuage corrosif. Les bombes au phosphore ont été abondamment utilisées dès la premère guerre mondiale et jusqu’à la guerre du Vietnam. En 1983 une convention de l’ONU classe leur utilisation comme crime de guerre.- Quand on entend « phosphore », et qu’on lit qu’il brille légèrement dans le noir, on pense immédiatement… « phosphorescent ». Eh bien non… le phosphore n’est même pas phosphorescent ! C’est sa réaction avec l’air qui produit une légère lueur jaune: on parle donc de chimiluminescence.
- Pour terminer, évidemment, quoi d’autre que le conte épouvantable d’Andersen ?
[1] Néanmoins dans certaines régions la récolte de très grandes quantités de guano (excréments d’oiseaux ou de chauve-souris) permettaient également de synthétiser le phosphore.
La Forêt des Sciences 