August Kekulé : Le serpent qui se mordait la queue

En 1890, lors d'une célébration marquant les vingt-cinq ans de son article sur le benzène, un chimiste d'une soixantaine d'années a raconté à une salle pleine de collègues comment il avait résolu le problème structurel le plus difficile de son domaine. Il somnolait, a-t-il dit, et a vu des chaînes d'atomes se tordre comme des serpents, jusqu'à ce que l'un d'eux saisisse sa propre queue. Il s'est réveillé et en a tiré les conséquences. C'est l'histoire d'origine la plus célèbre de l'histoire de la chimie ; les historiens débattent encore pour savoir si elle est vraie, et cela n'a pas beaucoup d'importance : la structure était correcte, et la chimie organique s'appuie sur le diagramme de Kekulé depuis lors.

De Darmstadt à Giessen

Friedrich August Kekulé est né le 7 septembre 1829 à Darmstadt, dans le Grand-duché de Hesse. Il est entré à l'Université de Giessen en 1847 avec l'intention de devenir architecte — un fait qui mérite d'être retenu, car la discipline qu'il a réellement fondée est essentiellement architecturale. Au cours de son premier semestre, il a assisté aux cours de Justus von Liebig, le chimiste le plus redoutable d'Europe, et a changé de voie.

Il a obtenu son doctorat en 1852, puis a passé quatre ans en tant qu'assistant itinérant : Paris en 1851–52, Suisse en 1852–53, Londres de 1853 à 1855. Les années londoniennes ont été les plus importantes. C'est là qu'il a rencontré Alexander Williamson, dont les travaux sur la constitution des molécules ont poussé Kekulé vers la question à laquelle il consacrerait sa vie — non pas de quoi sont faites les substances, mais comment les pièces sont agencées.

Carbone tétravalent

La réponse est arrivée en deux parties. Fin 1857, Kekulé a annoncé que le carbone est tétravalent : chaque atome de carbone forme exactement quatre liaisons. En 1858, il a ajouté l'extension décisive : les atomes de carbone peuvent se lier directement les uns aux autres, formant des chaînes de longueur indéfinie.

Dit ainsi, cela semble évident. Ce n'était pas le cas. Les chimistes n'avaient pas réussi à expliquer pourquoi les composés carbonés sont si absurdement plus nombreux que tous les autres, et les deux propositions réunies en ont fourni la raison : un élément à quatre mains qui peut tenir ses semblables construit une bibliothèque combinatoire illimitée. Le résumé du Science History Institute est exact — la théorie de Kekulé a expliqué « la multiplicité même des composés carbonés qui intriguait les chimistes ».

Le chimiste écossais Archibald Scott Couper est parvenu indépendamment à une conclusion similaire, mais son article est arrivé à l'Académie française quelques semaines après la publication de Kekulé en mai 1858. Couper a été amer concernant la priorité pour le reste de sa courte carrière, et les arguments en faveur d'un crédit partagé sont solides.

Gand

Kekulé est devenu Privatdozent à Heidelberg en 1856, a obtenu une chaire complète à Gand en 1858, et a été appelé à Bonn en 1867, où il est resté jusqu'à sa retraite. C'est à Gand que la seconde découverte a eu lieu.

Le benzène était le scandale majeur de la chimie organique. Sa formule, C6H6, était connue ; aucun agencement de chaîne carbonée ne pouvait l'expliquer. En 1865, Kekulé a proposé que les six carbones forment un cycle fermé avec des liaisons simples et doubles alternées. C'était la première structure cyclique en chimie, et elle a ouvert toute la chimie aromatique — colorants, médicaments, explosifs, toute l'industrie chimique allemande du demi-siècle suivant.

La structure avait un défaut : elle prédisait des isomères qui n'existent pas. En 1872, Kekulé l'a corrigée en proposant que la molécule oscille rapidement entre deux formes équivalentes, les liaisons s'échangeant continuellement. C'était faux dans les détails mais juste dans l'esprit ; cela anticipait la résonance et la délocalisation que la chimie quantique établirait soixante ans plus tard.

Le rêve

Kekulé a raconté deux histoires visionnaires, toutes deux à la fin de sa vie. Dans l'une, alors qu'il circulait dans un omnibus londonien vers 1855, il a vu des atomes de carbone effectuer une danse étourdissante et s'apparier. Dans l'autre, somnolant près d'un feu en Belgique, il a vu des chaînes en forme de serpent, dont l'une portait sa queue à sa bouche — l'ouroboros.

Les historiens n'ont jamais déterminé s'il s'agissait de souvenirs ou d'une mythification rétrospective par un homme qui comprenait la publicité. Ce qui ne fait aucun doute, c'est la forme de l'affirmation qu'il faisait : que l'idée est venue sans y être invité, dans un état de rêverie, et que le travail de preuve est venu ensuite. Que cela se soit passé ainsi ou non, c'est un récit inhabituellement honnête de ce que l'on ressent lors d'un travail théorique.

Pourquoi August est appelé un génie

Le don de Kekulé était l'imagination spatiale appliquée à des objets invisibles. Il ne pouvait pas voir une molécule et personne de son vivant ne le pourrait ; ce qu'il a fait, c'est construire, à partir des rapports de combinaison et du comportement réactionnel, une image tridimensionnelle qui s'est avérée correcte. Il a donné à la chimie sa notation — la formule structurelle, ce que chaque chimiste dessine depuis sur un tableau noir — et ce faisant, il a transformé une science de recettes en une science d'architecture. L'étudiant en architecture raté a construit le domaine.

L'ampleur de l'accomplissement est mesurable à travers ses étudiants. Trois de ses doctorants ont remporté des prix Nobel de chimie : Jacobus Henricus van 't Hoff en 1901, Emil Fischer en 1902 et Adolf von Baeyer en 1905. Très peu d'enseignants dans n'importe quelle discipline peuvent afficher un tel palmarès. La Grande-Bretagne lui a décerné la médaille Copley en 1885 ; l'Allemagne l'a anobli en 1895 sous le nom de Kekule von Stradonitz.

Le contre-argument comporte deux volets. Couper est arrivé à la théorie de la structure indépendamment et n'a perdu que sur le timing de la publication, et Kekulé n'a pas fait d'efforts particuliers pour partager le crédit. Et la structure du benzène telle que Kekulé l'a proposée n'est pas correcte — le modèle à liaisons alternées et le correctif de l'oscillation ont tous deux été remplacés une fois que l'électron a été compris. Il était un génie de l'approximation productive : un homme qui a deviné la bonne forme des décennies avant que quiconque ne puisse expliquer pourquoi elle tenait ensemble.

Héritage

Son Lehrbuch der Organischen Chemie, publié en volumes de 1859 à 1887, a formé une génération de chimistes à la nouvelle pensée structurelle. Il est décédé à Bonn le 13 juillet 1896, après y avoir passé près de trente ans.

Le cycle benzénique est aujourd'hui l'un des symboles les plus reproduits en science, imprimé sur les manuels, les portes des laboratoires et les timbres-poste. Chaque molécule de médicament et chaque diagramme de polymère descend de la convention qu'il a établie : que les substances chimiques ont des formes, et que ces formes peuvent être dessinées. Qu'il ait ou non rêvé du serpent, il a appris à la chimie à penser en images.