Svante August Arrhenius : L'homme qui a calculé le réchauffement climatique

Il a passé une année de sa vie à faire des calculs arithmétiques à la main — des dizaines de milliers de calculs, sans aucune machine pour l'aider — pour répondre à une question que personne n'avait posée correctement : que se passe-t-il avec la température de la Terre si l'on modifie la quantité de dioxyde de carbone dans l'air ? La réponse à laquelle il est parvenu en 1896, selon laquelle un doublement de cette quantité réchaufferait la planète d'environ quatre degrés Celsius, est suffisamment proche de l'estimation moderne pour être inconfortable. Il pensait également que ce serait une bonne chose.

Un prodige de l'arithmétique à Vik

Il est né le 19 février 1859 à Vik, près d'Uppsala, de Svante Gustav Arrhenius, géomètre employé par l'Université d'Uppsala, et de Carolina Thunberg. À trois ans, il a appris à lire seul. En regardant son père tenir les livres de comptes, il est devenu un prodige en arithmétique — une compétence qui compterait plus tard bien plus que quiconque aurait pu le deviner. Il est entré à l'école de la cathédrale locale à huit ans, directement en cinquième année, et a obtenu son diplôme en 1876 en tant qu'élève le plus jeune et le plus brillant.

L'Université d'Uppsala l'a déçu. Il n'aimait pas l'enseignement de la physique et n'avait aucune patience pour le chimiste Per Teodor Cleve. En 1881, il est parti pour Stockholm afin de travailler à l'Institut de physique de l'Académie royale des sciences de Suède sous la direction d'Erik Edlund.

La thèse qu'ils ont failli recaler

En 1884, il a soumis une thèse de cent cinquante pages sur la conductivité des électrolytes, contenant cinquante-six thèses distinctes. Son affirmation centrale était hérétique : lorsqu'un sel se dissout dans l'eau, il se divise de lui-même en particules chargées — des ions — présentes dans la solution, qu'un courant passe ou non. Faraday soutenait que l'électrolyse créait des ions en premier lieu. Arrhenius affirmait qu'ils étaient déjà présents.

Ses examinateurs, dont Cleve, n'ont pas été impressionnés. La thèse a obtenu un diplôme de quatrième classe, relevé en troisième classe après sa soutenance — une note qui, en pratique, fermait la porte à une carrière universitaire. La plupart des cinquante-six thèses sont encore, avec des modifications mineures, considérées comme correctes.

Il a envoyé des copies à l'étranger. Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald et Jacobus Henricus van 't Hoff les ont lues et ont été électrisés. Ostwald s'est rendu à Uppsala en personne pour lui offrir un poste à Riga. Arrhenius a refusé — son père était gravement malade et est décédé en 1885 — mais une bourse de voyage l'a ensuite mis sur la route, travaillant avec Ostwald à Riga et Leipzig, Friedrich Kohlrausch à Wurtzbourg, Ludwig Boltzmann à Graz et van 't Hoff à Amsterdam. C'était une éducation en chimie physique nouvelle aussi bonne que ce qui existait partout, et il l'avait assemblée à partir du rejet.

L'équation et le prix

À Leipzig en 1889, en travaillant aux côtés d'Ostwald, il a produit la formule qui porte son nom. L'équation d'Arrhenius décrit comment la vitesse d'une réaction chimique dépend de la température et de l'énergie d'activation — la barrière que les molécules doivent franchir avant de pouvoir réagir. C'est l'une des relations fondamentales de la cinétique chimique, utilisée quotidiennement de la conception des procédés industriels à l'estimation de la durée de conservation d'un médicament.

Il est devenu chargé de cours à l'Université de Stockholm en 1891, professeur de physique en 1895 malgré les objections de plusieurs collègues, et recteur en 1896. En 1903, le prix Nobel de chimie lui a été décerné pour la théorie de la dissociation électrolytique — la théorie des ions que les examinateurs d'Uppsala avaient classée en quatrième catégorie. Il a été le premier lauréat suédois du prix Nobel.

Une année d'arithmétique

L'article de 1896, « Sur l'influence de l'acide carbonique dans l'air sur la température du sol », est celui qui l'a dépassé. Arrhenius voulait savoir si les fluctuations du dioxyde de carbone atmosphérique pouvaient expliquer les âges glaciaires. Il a pris les mesures de l'intensité du clair de lune de Samuel Langley, réalisées entre 1885 et 1887, et les a utilisées pour dériver la force avec laquelle la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone absorbent la chaleur. Ensuite, il a élaboré des températures et des humidités moyennes à travers le globe, et a calculé ce qui se passerait à 67, 150, 200, 250 et 300 pour cent du niveau de dioxyde de carbone de son époque. Le travail lui a pris une année de calcul manuel.

Sa conclusion était une règle empirique encore citée : si la quantité d'acide carbonique augmente en progression géométrique, la température augmentera presque en progression arithmétique. Le doublement du dioxyde de carbone, a-t-il découvert, réchaufferait la Terre d'environ 4 °C ; le quadruplement, d'environ 8 °C. Il s'appuyait sur Fourier, Pouillet et Tyndall, mais il fut le premier à mettre la chimie physique au travail sur le nombre.

L'article de 1896 lui-même disait peu de choses sur la combustion du charbon. Cela est venu dans son livre populaire Worlds in the Making (1908), où il jugeait les émissions humaines suffisamment importantes pour réchauffer la planète — et accueillait la perspective. Le réchauffement, soutenait-il, éviterait la prochaine ère glaciaire et améliorerait les récoltes dans le froid nord. La montée des eaux n'apparaît pas dans son bilan.

L'empire et ses usages

À partir de 1901, il a siégé à l'Académie royale des sciences de Suède et, pour le reste de sa vie, au Comité Nobel de physique et, en fait, au comité de chimie également. Il a utilisé cette position : il a poussé ses alliés vers des prix et a travaillé pour bloquer ses rivaux. En 1905, il a fondé l'Institut Nobel de recherche physique à Stockholm et l'a dirigé jusqu'à sa retraite en 1927.

Sa curiosité ultérieure a erré. Il s'est tourné vers la chimie physiologique et a montré que les réactions dans les tissus vivants obéissent aux mêmes lois que les réactions dans un flacon ; ses conférences de 1904 en Californie sur les toxines et antitoxines sont devenues Immunochemistry (1907). Il a écrit sur les âges glaciaires et l'astrophysique, et a avancé l'hypothèse de la panspermie, selon laquelle la vie pourrait dériver entre les planètes sous forme de spores. Moins honorablement, il a siégé au conseil d'administration de la Société suédoise d'hygiène raciale, fondée en 1909 — une association qui appartient à tout compte rendu honnête de lui.

Pourquoi Svante est appelé un génie

Le cas n'est pas principalement celui d'un pur génie, mais celui d'une indépendance de jugement maintenue contre un verdict institutionnel. La théorie des ions a été marquée comme quatrième classe par des chimistes professionnels et s'est avérée être correcte ; Ostwald, van 't Hoff et Clausius ont vu immédiatement ce qu'Uppsala ne pouvait pas voir, et le Comité Nobel a accepté dix-neuf ans plus tard. C'est une chose rare que d'avoir raison, face à autant d'opposition experte, à vingt-cinq ans.

Le travail sur le climat montre une faculté différente : une patience d'un genre que presque personne ne possède aujourd'hui. Il n'y avait pas de tromperie conceptuelle dans l'article de 1896 — le mécanisme de l'effet de serre avait été décrit par Fourier et mesuré par Tyndall. Ce qu'Arrhenius a fourni, c'est la volonté de broyer une année de calculs manuels pour convertir un effet qualitatif en un nombre, et le chiffre de sensibilité qu'il a obtenu est étonnamment proche de ce que produisent les superordinateurs aujourd'hui.

Le contre-argument est substantiel. Son estimation climatique était en partie chanceuse : elle reposait sur les données de la lumière lunaire de Langley et sur des simplifications que les scientifiques ultérieurs ont rejetées, et pendant des décennies, le consensus a rejeté son résultat comme trop brut pour être digne de confiance. Son interprétation de ce que le réchauffement signifierait était erronée — il pensait que c'était un avantage. Et sa conduite au Comité Nobel était factionnelle, son implication dans l'hygiène raciale discréditante. Il était un calculable redoutable et un penseur exceptionnellement têtu ; le mot génie correspond mieux à son refus d'accepter un mauvais verdict qu'à n'importe quel éclair d'intuition.

Après-vies

Il est décédé à Uppsala le 2 octobre 1927 d'une maladie intestinale aiguë. Les honneurs étaient arrivés abondamment avant cela : la médaille Davy en 1902, le premier prix Willard Gibbs en 1911, le Faraday Lectureship en 1914, la médaille Franklin en 1920, membre étranger de la Royal Society en 1910.

Des cratères sur la Lune et Mars portent son nom, tout comme Arrheniusfjellet au Svalbard et les laboratoires Arrhenius de l'Université de Stockholm. Et par une coïncidence qui n'est pas passée inaperçue, le père de l'activiste climatique Greta Thunberg, Svante Thunberg, a été nommé d'après Arrhenius, un cousin dans la lignée familiale.