La matière
Aperçu historique
(Images tirées d'internet)
Face à la grande quantité de matières existantes et de transformations possibles, la recherche de principes unificateurs a été poursuivie depuis l'Antiquité, et continue encore.
Une première explication est celle de Démocrite (Veme siècle avant JC) qui, le premier, évoque le terme d'atomes, "particules insécables" qui seraient en quelque sorte des grains de matière.
Aristote, au IVeme siècle avant JC, considère que toute substance est une combinaison de 4 éléments (le feu, l'air, l'eau, la terre), ceci étant en relation avec des propriétés mécaniques (le feu "léger" monte, la terre "lourde" descend) ou avec des "qualités" (chaud/froid sec/humide). Cette tentative d'explication de la diversité du monde est un système de pensée construit et même cohérent, mais qui n'a jamais été étayé par des expérimentations. Le physicien de l'époque est avant tout un penseur, mais pas un expérimentateur.
L'héritage des alchimistes se concrétise par la doctrine des 3 éléments : le soufre, le mercure et le sel. (Paracelse XVIeme siècle). Le mercure étant le principe de matérialité, le sel le principe de solubilité et le soufre le principe de combustibilité. En comparaison avec Aristote, cette théorie s'appuie sur des pratiques de laboratoire (calcinations, fusions, filtrations etc…), souvent connues par les essais (infructueux) de transmutations de métaux (le plomb en or).
A la fin du XVIIIeme, les travaux de Lavoisier amènent des avancées significatives : mise en évidence d'un "air vital" dans les combustions (l'oxygène), conservation des masses dans toute transformation, même celles mettant en jeu des gaz, ce qui nécessite des appareillages et des mesures perfectionnés. A la même époque Cavendish synthétise l'eau (à partir d'hydrogène et d'oxygène), ce qui prouve qu'elle n'est pas une substance simple.
Cette notion d'élément devient alors centrale, et leur nombre passe de douze au XVIeme à un peu moins d'une centaine fin XIXeme. Un classement s'impose, ce sera le tableau du chimiste russe Mendeleïev. Au XIXeme siècle également, des travaux expérimentaux montrent qu'il n' y a pas 2 types séparés de matières comme on le pensait alors, la matière minérale et la matière organique : La synthèse de l'urée à partir de substances minérales abolit cette distinction. Toute matière est constituée de la même façon, à partir d'atomes.
D'un point de vue technologique, après avoir utilisé uniquement les ressources directes de la nature (bois, pierres, minéraux ou métaux natifs) les "nouveaux matériaux" apparaissent au XIXeme siècle : bakélite par exemple ( mélange de caoutchouc et de soufre), matières plastiques synthétisées à partir du pétrole dans la deuxième partie du XXeme siècle, matériaux composites, fibres de carbone, cristaux liquides, matières molles etc…
Au XXeme siècle, la physique s'intéressera à la structure de l'atome, ce qui permet de décrire par leur noyaux et les couches d'électrons la centaine d'éléments connus. Actuellement on cherche à établir, à l'aide d'accélérateurs de particules, un principe unificateur qui ressemblerait quarks (constituant des particules matérielles) et photons (constituant la lumière). La quête des Grecs continue...
