Carl Gustaf Mosander : Le chimiste qui a séparé les terres rares

En 1839, un pharmacien suédois devenu professeur prit un morceau de ce que tout le monde en chimie appelait « l'oxyde de cérium » et, grâce à une suite patiente de décompositions partielles et de traitements à l'acide nitrique dilué, prouva qu'il ne s'agissait pas d'une seule substance mais d'au moins deux. Ce tour de passe-passe de laboratoire — séparer des éléments chimiquement si proches qu'ils se comportent presque comme des jumeaux — devint la signature de Carl Gustaf Mosander, et allait finalement ouvrir toute une famille cachée du tableau périodique : les terres rares.

Le chemin d'un apprenti vers la chimie

Mosander est né le 10 septembre 1797 à Kalmar, en Suède, et n'est pas arrivé à la chimie par une voie académique conventionnelle. Il n'a fréquenté l'école de sa ville natale que jusqu'en 1809, année où sa famille a déménagé à Stockholm, et à partir de là, sa formation a été pratique plutôt que savante : il a été apprenti à la pharmacie Ugglan et a passé son examen de pharmacie en 1817. Neuf ans plus tard, en 1826, il a été nommé chef du laboratoire de chimie de ce qui était alors l'Institut médical Caroline (aujourd'hui l'Institut Karolinska) à Stockholm. Entre-temps, il a poursuivi des études médicales formelles, s'inscrivant à l'Institut en 1820 et réussissant son examen médical en 1825. Il a également dirigé pendant un temps une station thermale à Stockholm, un détail qui souligne à quel point sa carrière s'était éloignée de tout parcours académique unique et bien ordonné.

Dans l'ombre de Berzelius, puis à ses côtés

La relation déterminante de la vie scientifique de Mosander fut celle avec Jöns Jacob Berzelius, le chimiste suédois qui dominait la chimie européenne au début du XIXe siècle. Mosander a travaillé dans le laboratoire de Berzelius, s'imprégnant des exigences rigoureuses de ce dernier en matière de poids atomiques et de précision analytique, et c'est là qu'il s'est lié d'amitié avec un camarade d'études qui allait également devenir l'un des plus grands chimistes du siècle, Friedrich Wöhler. Lorsque Berzelius a pris sa retraite de sa chaire, Mosander lui a succédé en 1832 comme professeur de chimie et de minéralogie — certaines sources indiquent la chaire comme chimie et pharmacie — à l'Institut Karolinska. Il a occupé ce poste jusqu'en 1845, date à laquelle il est devenu professeur et inspecteur à l'Institut pharmaceutique, et pendant des années, il a servi simultanément comme conservateur adjoint des collections minéralogiques de ce qui est devenu le Musée suédois d'histoire naturelle, le poste même qui a mis à sa portée quotidienne des minéraux rares et mal compris.

À la découverte du cérium

Cet accès était crucial car les minéraux de terres rares du début du XIXe siècle étaient le cauchemar des chimistes : des oxydes denses et d'aspect similaire qui résistaient à la séparation par toutes les techniques standard de l'époque. Le cérium, découvert des décennies plus tôt par Berzelius et Wilhelm Hisinger, était supposé être un élément unique lié dans son minerai. Mosander soupçonnait le contraire. En travaillant sur l'oxyde de cérium, il a découvert qu'un traitement minutieux et répété — décomposition partielle suivie d'acide nitrique dilué — éliminait une seconde substance qui s'y cachait. Il a annoncé le nouvel élément en 1839 et l'a nommé lanthane, du grec signifiant « rester caché », un nom bien choisi pour un élément qui avait passé des décennies à se faire passer pour autre chose.

L'énigme de l'yttria

Mosander ne s'est pas arrêté là. S'intéressant à l'yttria, un autre oxyde de terre rare que l'on savait déjà plus complexe chimiquement qu'il n'y paraissait, il a appliqué la même patience d'expert et a extrait de celui-ci en 1843 deux autres éléments : le terbium et l'erbium. L'histoire de ces deux noms est elle-même un petit monument témoignant de la confusion de cette chimie : des chimistes ultérieurs ont découvert que les étiquettes initiales de Mosander concernant les propriétés des deux éléments avaient été inversées, de sorte que ce qu'on appelle aujourd'hui le terbium et ce qu'on appelle l'erbium sont, selon certains récits, l'image inversée de ce qu'il avait initialement prévu. C'est un très mineur imbroglio historique, mais révélateur : il montre à quel point ce travail était mené à la limite des techniques contemporaines.

Didyme : Un quasi-échec qui comptait quand même

En 1840, Mosander a identifié une autre nouvelle substance dans les minéraux du groupe du cérium et l'a appelée didyme, du grec signifiant « jumeau », car ses propriétés étaient si proches de celles du lanthane et du cérium que réussir à l'isoler était déjà un exploit. Le didyme a conservé sa place dans les manuels de chimie pendant des décennies. Il a fallu attendre 1885 pour que le chimiste autrichien Carl Auer von Welsbach montre que le didyme n'était pas du tout un élément unique, mais un mélange de deux autres éléments, le néodyme et le praséodyme — et, plus tard encore, les chimistes ont reconnu le samarium comme un autre composant mêlé aux échantillons de terres rares de l'époque. L'élément « jumeau » de Mosander était, en fin de compte, plutôt des triplés. Le fait que sa découverte provisoire se soit maintenue comme une substance significative, bien qu'impure, pendant près d'un demi-siècle témoigne du soin avec lequel il avait réalisé cette séparation avec les outils dont il disposait.

Reconnaissance et dernières années

Les contributions de Mosander ont été reconnues assez tôt dans son pays : il a été élu à l'Académie royale des sciences de Suède en 1833, alors qu'il consolidait encore les travaux qui allaient faire sa renommée. Sa vie personnelle s'est stabilisée à la même période : il a épousé Hulda Philippina Forsström le 20 décembre 1832, et le couple a eu quatre enfants, nés sous forme de deux paires de jumeaux. Durant ses dernières années, sa vue a baissé à cause de la cataracte, et il est décédé le 15 octobre 1858 dans sa résidence d'été sur l'île de Lövön (également notée Ängsholmen) dans le comté de Stockholm, à l'âge de soixante et un ans.

Pourquoi Carl est qualifié de génie

La prétention de Mosander au génie repose sur une forme étroite mais réelle de talent scientifique : une tolérance extraordinaire à l'ambiguïté chimique, combinée à la discipline manuelle et analytique nécessaire pour séparer des substances qui se comportaient de manière presque identique. Découvrir le lanthane, le terbium et l'erbium ne nécessitait pas une nouvelle théorie de la matière — il fallait remarquer qu'un composé « pur » ne l'était pas, puis avoir la patience de le prouver par des cycles répétés et ingrats de précipitation et de traitement à l'acide. C'est autant de l'artisanat que de l'intuition, plus proche de la compétence d'un maître métallurgiste que des sauts conceptuels d'un théoricien comme son mentor Berzelius. Le contre-argument honnête est que Mosander a travaillé dans un paradigme que Berzelius avait déjà bâti, en utilisant des techniques que Berzelius avait affinées, et que son affirmation la plus ambitieuse — le didyme — s'est avérée fausse exactement de la manière que ses critiques auraient pu prédire, un mélange pris pour un élément. Mais réussir trois éléments dans un domaine où la confusion était la norme et où ses propres erreurs n'ont été corrigées que des décennies plus tard par des outils plus sensibles, constitue un argument crédible pour qualifier son sens de la structure cachée de la matière de proche du génie, même s'il était de nature pratique plutôt que théorique.

Héritage

Le nom de Mosander est aujourd'hui moins célèbre que les éléments qu'il a découverts, mais sa méthode — douter de la pureté de ce que tout le monde appelle un élément et s'acharner jusqu'à la preuve — est devenue le modèle que la chimie des terres rares a suivi pour le reste du XIXe siècle, les chimistes suivants utilisant sa logique patiente pour continuer à diviser ses « éléments » en d'autres encore.