August Kekulé : Le serpent qui se mord la queue

En 1890, lors d'une célébration marquant vingt-cinq ans depuis son article sur le benzène, un chimiste d'une soixantaine d'années raconta à une salle comble de collègues comment il avait résolu le problème structurel le plus difficile de son domaine. Il somnolait, dit-il, et vit des chaînes d'atomes se tordre comme des serpents, jusqu'à ce que l'une d'elles saisisse sa propre queue. Il se réveilla et en déduisit les conséquences. C'est l'histoire d'origine la plus célèbre de l'histoire de la chimie ; les historiens se disputent encore pour savoir si elle est vraie, et cela importe peu : 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 entra à l'Université de Giessen en 1847 avec l'intention de devenir architecte — un fait qu'il est bon de retenir, car la discipline qu'il a réellement fondée est essentiellement architecturale. Dès son premier semestre, il suivit les cours de Justus von Liebig, le chimiste le plus redoutable d'Europe, et changea de voie.

Il obtint son doctorat en 1852, puis passa quatre années comme assistant itinérant : Paris en 1851–52, la Suisse en 1852–53, Londres de 1853 à 1855. Les années londoniennes comptèrent le plus. C'est là qu'il se lia avec Alexander Williamson, dont les travaux sur la constitution des molécules poussèrent 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 arriva en deux temps. Fin 1857, Kekulé annonça que le carbone est tétravalent : chaque atome de carbone forme exactement quatre liaisons. En 1858, il ajouta l'extension décisive : les atomes de carbone peuvent se lier directement entre eux, formant des chaînes de longueur indéfinie.

Énoncé de façon aussi simple, cela semble évident. Ça ne l'était pas. Les chimistes avaient été incapables d'expliquer pourquoi les composés carbonés surpassent tous les autres de manière aussi absurde, et les deux propositions réunies en fournirent la raison : un élément doté de quatre mains qui peut retenir ses semblables construit une bibliothèque combinatoire illimitée. Le résumé du Science History Institute est exact : la théorie de Kekulé expliquait « la multiplicité même des composés carbonés qui avait intrigué les chimistes ».

Le chimiste écossais Archibald Scott Couper parvint à peu près à la même conclusion de manière indépendante, mais son article parvint à l'Académie française des semaines après que Kekulé eut publié en mai 1858. Couper en garda de l'amertume concernant la priorité pour le reste de sa courte carrière, et les arguments en faveur d'un crédit partagé sont solides.

Gand

Kekulé devint Privatdozent à Heidelberg en 1856, obtint une chaire de professeur titulaire à Gand en 1858, et fut appelé à Bonn en 1867, où il resta jusqu'à sa retraite. C'est à Gand que la seconde découverte eut lieu.

Le benzène était le scandale majeur de la chimie organique. Sa formule, C6H6, était connue ; aucune disposition d'une chaîne carbonée ne pouvait y correspondre. En 1865, Kekulé proposa que les six atomes de carbone forment un cycle fermé alternant liaisons simples et doubles. Ce fut la première structure cyclique en chimie, et elle ouvrit toute la chimie aromatique — colorants, médicaments, explosifs, toute l'industrie chimique allemande du demi-siècle suivant.

La structure présentait un défaut : elle prédisait des isomères qui n'existent pas. En 1872, Kekulé la corrigea en proposant que la molécule oscille rapidement entre deux formes équivalentes, les liaisons s'interchangeant 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 raconta deux histoires visionnaires, toutes deux tard dans sa vie. Dans l'une, alors qu'il prenait un omnibus à Londres vers 1855, il vit des atomes de carbone exécuter une danse étourdissante et s'apparier. Dans l'autre, assoupi près d'un feu en Belgique, il vit des chaînes en forme de serpent, dont l'une prit sa queue dans sa bouche — l'ouroboros.

Les historiens n'ont jamais déterminé s'il s'agit de souvenirs ou d'une fabrication mythique rétrospective par un homme qui comprenait la publicité. Ce qui ne fait aucun doute, c'est la nature de l'affirmation qu'il formulait : que l'idée était venue d'elle-même, dans un état de rêverie, et que le travail pour la prouver était venu ensuite. Que cela se soit passé ainsi ou non, c'est un témoignage inhabituellement honnête de la façon dont le travail théorique tend à se ressentir.

Pourquoi August est qualifié de 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 pouvait ; ce qu'il fit, ce fut construire, à partir de rapports de combinaison et de comportements réactionnels, une image tridimensionnelle qui s'avéra correcte. Il donna à la chimie sa notation — la formule développée, l'objet que chaque chimiste dessine depuis sur un tableau noir — et transforma ainsi une science de recettes en une science d'architecture. L'étudiant en architecture raté a bâti ce domaine.

L'ampleur de cette réalisation se mesure 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 quelque discipline que ce soit, peuvent se targuer d'un tel palmarès. La Grande-Bretagne lui décerna la médaille Copley en 1885 ; l'Allemagne l'anoblit en 1895 en tant que Kekule von Stradonitz.

Le contre-argument comporte deux volets. Couper est parvenu à la théorie structurale de manière indépendante et n'a perdu que sur le timing de la publication, et Kekulé n'a pas fait d'efforts particuliers pour partager le crédit. De plus, la structure du benzène telle que Kekulé l'a proposée n'est pas correcte — le modèle des liaisons alternées et le correctif de l'oscillation ont tous deux été supplantés une fois l'électron compris. Il fut un génie de l'approximation productive : un homme qui devina 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, forma une génération de chimistes à la nouvelle pensée structurale. Il mourut à Bonn le 13 juillet 1896, y ayant passé près de trente ans.

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