Illustrations y compris gravures.
Une des contributions majeures de Lavoisier à la chimie a été de développer des procédures quantitatives précises., Par exemple, il a décrit la loi de conservation de la masse dans les réactions chimiques en pesant d’abord les réactifs d’une réaction chimique et ensuite en pesant les produits. Pour ce faire, il avait besoin de construire des équilibres très précis. Il a également effectué des mesures minutieuses des volumes de gaz périmés à l’aide de creux pneumatiques ou de ce que nous appelons maintenant des spiromètres. Ces progrès nécessitèrent la mise au point de nombreux nouveaux appareils, et Marie-Anne Lavoisier fut chargée de faire des illustrations précises du nouvel équipement., Dans L’œuvre majeure de Lavoisier Traité élémentaire de chimie de 1789, il y a 13 planches délicieusement gravées par Marie-Anne. Un exemple qui a été décrit précédemment est illustré à la Fig. 2, et l’équipement pour collecter le gaz est représenté sur la Fig. 3. Notez l’extrême attention portée aux détails, y compris les dimensions précises qui permettraient à d’autres chercheurs de reproduire les instruments. Les gravures du Traité élémentaire de chimie sont toutes regroupées à la fin de l’ouvrage, et elles fournissent des informations essentielles pour compléter la science décrite par Lavoisier., Une partie de L’appareil expérimental de Lavoisier est visible aujourd’hui au Musée des Arts et Métiers à Paris.
Fig. 3.Gravure de Marie-Anne Lavoisier d’un appareil de collecte de gaz et de mesure de son volume. À Partir De Réf. 12.
L’expertise de Marie-Anne en gravure proviendrait des leçons du célèbre artiste Jacques-Louis David (1748-1825). Il a été l’un des peintres les plus influents dans le style néoclassique en France à la fin du 18ème siècle., La Figure 1 montre l’un de ses portraits les plus connus, et il n’y a pas d’égal dans la représentation d’un scientifique célèbre avec sa femme-collaboratrice. David a peint de nombreux autres événements historiques célèbres et ses peintures sont exposées dans les principales galeries d’art du monde entier.
comme indiqué ci-dessous, Marie-Anne a également travaillé sur un livre majeur de huit volumes intitulé Mémoires de physique et chimie, qui a été commencé par Lavoisier mais interrompu par son exécution. Les documents conservés montrent que ce projet devait également inclure un certain nombre de ses gravures, mais le projet n’a jamais été achevé (4).,
D’un intérêt particulier pour nous voici deux dessins sépia réalisés par Marie-Anne de L’expérience de Lavoisier sur la consommation humaine d’oxygène. Ceux-ci sont montrés dans les figues. 4 et 5, qui sont reproduits à partir des illustrations originales de Grimaux (6). Les dessins ont été discutés à plusieurs reprises et récemment par Holmes (8), Noël (19), Prinz (23) et Beretta (2). Prinz (22) a fait une étude très détaillée de l’équipement dans le dessin.
la Figure 4 montre une expérience sur un sujet assis à gauche qui respire à travers un masque ajusté en cuivre., Il s’agit probablement D’Armand Séguin, qui a joué un rôle majeur dans ces expériences. Il se repose, et la description ci-dessous le dessin indique spécifiquement « l’homme au repos”, c’est-à-dire l’homme au repos. Son pouls est surveillé et L’homme à l’extrême droite serait Lavoisier. Une boîte de valve peut être vue dans le tube près du masque, permettant la séparation du gaz inspiré et expiré. Le gaz expiré entre dans un grand pot au centre, et le gaz effluent de celui-ci est collecté dans un récipient à droite par déplacement de liquide., Ce qui semble être un écran est monté sur le tube entre le bocal et le récipient collecteur. Cela peut contenir des instructions sur l’expérience pour guider le sujet et l’homme debout avec son bras tendu. Madame Lavoisier à l’extrême droite prend des notes de l’expérience.
Fig. 4.Le dessin de Marie-Anne Lavoisier d’une expérience sur la consommation d’oxygène chez un sujet au repos., Le gaz expiré est passé à travers un récipient en verre contenant de l’hydroxyde de potassium au centre et recueilli à droite par déplacement d’eau. Marie-Anne est à l’extrême droite. Voir le texte pour plus de détails. À Partir De Réf. 6.
La Figure 5 montre une expérience quelque peu similaire sauf que dans ce cas, le sujet fait de l’exercice. La description de l’expérience donnée ci-dessous le dessin indique « l’homme exécutant au travail”, c’est-à-dire l’homme faisant du travail. Le pied droit du sujet peut être vu sur une pédale, qui peut être attachée à des fils provenant du tableau ci-dessus., Cet arrangement lui permet apparemment d’exercer. Cependant, les détails de cela ne sont pas clairs. Il y a une suggestion d’un poids au-dessus de son pied, qu’on lui demande peut-être de soulever. Certes, Lavoisier dans certaines de ses descriptions de ses expériences sur la consommation d’oxygène se réfère au travail effectué en soulevant un poids. Juste au-delà de l’embout buccal se trouvent deux tubes verticaux qui peuvent être un arrangement pour séparer le gaz inspiré et expiré. Il y a un autre homme assis mesurant apparemment la fréquence du pouls, et il y a deux autres hommes debout, dont L’un peut être Lavoisier., Un assistant de laboratoire à l’extrême gauche transporte des fournitures. Encore une fois, Madame Lavoisier, à l’extrême droite, tient un registre. Une machine électrique est visible en bas à droite du dessin.
Fig. 5.Dessin par Marie-Anne Lavoisier d’une expérience sur la consommation d’oxygène chez un sujet pendant l’exercice. Le gaz expiré est apparemment collecté par déplacement de mercure. Le pied droit du sujet est sur une pédale qui lui permet d’effectuer un travail mécanique. Anne-Marie Lavoisier est à l’extrême droite. Voir le texte pour plus de détails. À Partir De Réf., 6.
Une caractéristique de ce dessin qui n’est pas claire est le pot à gauche qui collecte le gaz expiré. Il semble y avoir un récipient intérieur avec le tube transportant le gaz expiré connecté au sommet. Le récipient est à moitié rempli d’un liquide sombre qui est probablement du mercure. Cela ressemble peut-être au pot collecteur de gaz partiellement rempli de Mercure à droite de la Fig. 1. Le pot collecteur de Fig. 5 est enfermé dans un pot en verre beaucoup plus grand.,
ces deux dessins sont fascinants et constituent vraisemblablement une représentation authentique des deux expériences. Ceux-ci ont eu lieu en 1790, qui était une période instable parce que la Bastille avait été prise d’assaut le 14 juillet 1789, et la Révolution française était en cours. Lavoisier était préoccupé par ses nombreux engagements administratifs, y compris l’organisme de perception des impôts, La Ferme Générale, et peut-être par conséquent, aucune trace écrite des expériences n’a survécu. Les dessins de Marie-Anne sont donc essentiels pour tenter de comprendre l’œuvre.,
cependant, l’interprétation des dessins est problématique. Le pot central de la Fig. 4 contient vraisemblablement de la lessive de potassium, c’est-à-dire de l’hydroxyde de potassium, car cette substance est mentionnée dans plusieurs publications. La lessive était facilement obtenue par lixiviation de la cendre de bois et était bien connue des chercheurs de cette période. Il a converti le dioxyde de carbone expiré en bicarbonate de potassium et l’a ainsi éliminé du gaz expiré. Mais pourquoi cela se fait dans une expérience et non dans l’autre n’est pas clair. Une autre caractéristique déroutante est pourquoi le tube entre la boîte de valve et le pot central est si long., Peut-être que le boîtier de la vanne ne fonctionnait pas parfaitement et que parfois une partie du gaz inspiré provenait par inadvertance de la conduite expiratoire. Par conséquent, pour réduire les risques d’inhalation de lessive de potassium toxique, celle-ci a été maintenue loin.
Les deux dessins représentent les premières mesures de la consommation humaine d’oxygène au repos et pendant l’exercice. Un résumé informatif des résultats de ces mesures a été présenté dans une lettre de Lavoisier à Joseph Black datée du 13 novembre 1790 (8, 18). Le sujet était vraisemblablement Séguin, qui était coauteur des rapports., Certaines des conclusions peuvent être résumées comme suit:
1) la quantité d’oxygène qu’un homme au repos consomme, ou plutôt convertit en acide fixe ou en acide carbonique pendant une heure, est d’environ 1 200 pouces cubes Français lorsqu’il est placé à une température de 26 degrés. (C’est probablement environ 330 ml/min, ce qui est une valeur raisonnable.)
2) cette quantité augmente à 1 400 pouces cubes dans les mêmes circonstances si la personne est placée à une température de seulement 12 degrés.,
3) la quantité d’oxygène consommée ou convertie en acide carbonique augmente au cours de la digestion jusqu’à atteindre 1 800 ou 1 900 pouces cubes.
4) par le mouvement et l’exercice, on atteint jusqu’à 4 000 pouces cubes par heure, voire plus.
5) Lorsque, par l’exercice et le mouvement on augmente la consommation d’oxygène dans les poumons, la circulation s’accélère., La preuve en est l’augmentation de la fréquence du pouls de sorte que lorsque la personne respire sans entrave, la quantité d’oxygène consommée est proportionnelle à l’augmentation du nombre de pulsations multipliée par le nombre d’inspirations.
Ces résultats spectaculaires ont également été communiqués à l’Académie des Sciences dans un mémoire daté du 13 novembre 1790.
une question difficile est de savoir exactement comment Lavoisier et Séguin ont mesuré la consommation d’oxygène. Comme on l’a vu plus haut, les écrits de Lavoisier sont rares et les dessins de Marie-Anne sont critiques., Nous savons que dans certains de leurs travaux, ils ont utilisé un eudiomètre, un dispositif qui mesure la réduction du volume d’un échantillon de gaz lorsque l’oxygène est absorbé par une réaction chimique. Séguin avait aidé à développer cela, et Priestley avait déjà décrit un dispositif similaire lorsqu’il préparait de l’oxyde nitrique en ajoutant de l’acide à des particules métalliques. Priestley a constaté que lorsque le gaz était exposé à l’air, un gaz jaune (NO2) était produit et que le volume total de gaz diminuait, et nous savons maintenant que c’était parce que l’oxygène était absorbé dans le processus.,
Lavoisier et Séguin ont utilisé un tube de verre cylindrique qui était fermé en haut avec la partie inférieure immergée dans un réservoir de fluide. Ils ont constaté qu’en allumant un morceau de phosphore dans le tube, la réduction du volume de gaz donnait une mesure de la quantité d’oxygène car celle-ci était consommée. Ils ont finalement pu effectuer des mesures dans un tube de seulement 1 pouce de diamètre et 8 pouces de longueur. Le phosphore a été enflammé en pressant un morceau de charbon de bois brillant contre l’extérieur du tube., En principe, cette méthode pourrait être utilisée pour donner la concentration d’oxygène dans le gaz inspiré et expiré et permettrait ainsi de calculer la consommation d’oxygène. Le mince tube de verre cylindrique à droite du récepteur de mercure sur la Fig. 1 est probablement l’un de ces eudiomètres.
cependant, une autre méthode de mesure de la consommation d’oxygène est suggérée par les Figs. 4 et 5. Dans l’article 1 de la lettre de Lavoisier à Black, il a spécifiquement mentionné » la quantité de . . . le gaz de l’oxygène qu’un homme au repos . . . consomme, ou plutôt se transforme en air fixe ou acide carbonique, pendant une heure. . . ., « En d’autres termes, Lavoisier voit peut-être ici une méthode de mesure de la consommation d’oxygène à partir de la production de dioxyde de carbone. Rappelons que dans son mémoire de 1777 cité plus tôt, Lavoisier a spécifiquement déclaré que la quantité d’oxygène qui pénètre dans le poumon est presque égale en volume à la quantité de dioxyde de carbone qui le quitte. Ainsi, plutôt que de tenter de mesurer la concentration d’oxygène dans le gaz expiré, il pourrait mesurer le volume de dioxyde de carbone produit en l’enlevant avec un alcali caustique tel que l’hydroxyde de potassium., En effet, dans un passage où il décrivait les expériences sur la consommation d’oxygène, Lavoisier notait spécifiquement qu ‘” à chaque expiration, l’air est forcé de bouillonner à travers un alcali caustique, où il dépose son acide carbonique » et Séguin y fait également référence.
Il semble donc possible que la mesure de la consommation d’oxygène se soit faite en deux étapes. Tout d’abord, comme Fig. 5 montre, la quantité totale de gaz expiré sur une courte période mesurée a été collectée. Ici Lavoisier était conscient que le dioxyde de carbone est soluble dans l’eau alors il s’est arrangé pour recueillir le gaz expiré sur le mercure., L’expérience a ensuite été répétée comme le montre la Fig. 4, mais cette fois, le gaz expiré a été passé à travers une bouteille contenant un alcali caustique. Comme le dioxyde de carbone expiré a été absorbé, le volume du gaz expiré a été diminué, ce qui a permis de mesurer la quantité de dioxyde de carbone expiré et de déduire la consommation d’oxygène. Dans ce cas, le gaz expiré traité ne contenant pas de dioxyde de carbone, il pourrait être collecté par déplacement d’eau. Ces deux procédures ont été effectuées pendant le repos et l’exercice et dans d’autres conditions également.,
Il y a une histoire intéressante sur les deux dessins présentés dans les figues. 4 et 5 (5). Certains auteurs ont suggéré qu’ils ont été réalisés par Marie-Anne Lavoisier après la mort de son mari et retouchés par David, son mentor. Ils ont été publiés pour la première fois dans la première édition de la biographie de Grimaux en 1896, et les figures reproduites ici sont tirées d’une réimpression de la troisième édition (6). Graham Lusk (1866-1932), éminent physiologiste et nutritionniste de New York, a raconté un événement extraordinaire qui a eu lieu en 1920., Il visitait L’appartement de Monsieur De Chazelles, petit-neveu de Lavoisier, dans le Quartier Latin de Paris (15). Là, sur le mur d’un salon se trouvait le portrait original représenté sur la fig. 1, qui a ensuite été acquis par John D. Rockefeller et est maintenant conservé au Metropolitan Museum of Art de New York. Puis il est entré dans l’étude adjacente où il a vu les deux dessins originaux représentés dans les figues. 4 et 5 de l’accrocher sur le mur. Malheureusement, on ne sait pas où se trouvent actuellement les deux dessins s’ils existent bel et bien.,
Lusk effectue un second voyage en France en 1925 (16); à cette occasion, il visite la maison d’été De Madame de Chazelles au Château de la Canière près du Puy de Dôme dans le centre de la France. Il y a vu une collection d’instruments utilisés par Lavoisier (26), et avec son ami le Professeur Jean Le Goff il a comparé l’appareil avec les dessins représentés sur les figues. 4 et 5. À son grand étonnement, il trouva un masque vraisemblablement utilisé par Séguin. Celui-ci était en cuivre et équipé de deux yeux en verre. Le bord du masque avait des trous pour qu’il puisse être lié à la tête., Séguin lui-même a écrit une brève description du masque (25).
le Château de La Canière existe toujours et est maintenant un hôtel cinq étoiles. Son restaurant est nommé Le Lavoisier et il y a diverses photos liées à Lavoisier sur le mur. Cependant, la collection des instruments de Lavoisier a été dispersée. Incidemment, Lusk a noté qu’il pourrait remonter sa tutelle à Lavoisier. Lusk était un élève de Carl Voit (1831-1908) à Munich, qui était un élève de Liebig, qui était un élève de Gay-Lussac, qui était un élève de Bertholet et Laplace, qui à son tour étaient des élèves de Lavoisier.,
récemment, deux autres dessins fascinants à la plume et à l’encre de Marie-Anne Lavoisier ont été découverts dans la bibliothèque du Wellcome Institute de Londres; ceux-ci sont présentés dans les Figs. 6 et 7. Elles illustrent en outre la collaboration entre Marie-Anne et son mari. La Figure 6 montre qu’elle prend des notes de l’expérience, et la similitude de son apparence avec celle montrée dans les figues. 4 et 5 est frappant.
Fig. 6.Un autre dessin par Anne-Marie Lavoisier d’une expérience dans laquelle la consommation d’oxygène est apparemment mesurée., Elle est visible à l’extrême gauche. Voir le texte pour plus de détails. Bibliothèque Wellcome, Londres. Utilisé avec permission.
Fig. 7.Un autre dessin par Anne-Marie. L’image de droite montre une vue en coupe de la même disposition que sur la Fig. 6. Voir le texte pour plus de détails. Bibliothèque Wellcome, Londres. Utilisé avec permission.
Encore une fois la conception des expériences est plutôt obscur., La Figure 6 montre un sujet, vraisemblablement Séguin, assis dans un réservoir d’eau et expirant à travers un tube dans un plat pouvant contenir de l’alcali caustique à combiner avec le dioxyde de carbone expiré. Son pouls est mesuré. La partie supérieure de l’homme est enfermée dans une verrière qui plonge apparemment sous la surface de l’eau afin que la verrière soit étanche aux gaz. Le résultat est que lorsque la teneur en oxygène du gaz de la canopée est progressivement réduite parce que l’oxygène est consommé par le sujet, la canopée tombe progressivement., Peut-être que cette expérience était une autre façon de mesurer la consommation d’oxygène chez un sujet au repos.
la Figure 7 est également intéressante. La partie droite montre le même sujet que sur la Fig. 6, mais cette fois, le réservoir est représenté en coupe transversale de sorte que nous pouvons voir clairement la verrière qui plonge vraisemblablement dans l’eau dans le réservoir. Une caractéristique supplémentaire montrée plus clairement ici que sur la Fig. 6 est que le plat contenant le fluide, vraisemblablement un alcali caustique dans lequel le gaz expiré est expiré, est suspendu par un cordon avec deux poulies avec un poids à l’autre extrémité., Le plan était peut-être de mesurer le poids du dioxyde de carbone expiré à partir duquel la consommation d’oxygène pouvait être déduite. Cependant, comme un humain au repos n’expire qu’environ 15 g de dioxyde de carbone par heure, cela ne semble guère praticable.
Sur le côté gauche de la Fig. 7 nous voyons une figure qui est apparemment le même sujet, vraisemblablement Séguin, être soigneusement pesée. On a peut-être tenté de mesurer le changement de poids du sujet en raison du métabolisme qui s’est produit pendant la période de respiration., Cependant, Lavoisier s’est également intéressé à la transpiration de l’eau de la peau dans diverses conditions physiologiques, ce qui a peut-être été la raison de la mesure du poids.
il n’y a aucune preuve que les expériences montrées à la Fig. 6 et la partie droite de la Fig. 7 ont jamais été réellement effectuées. Peut-être que ce sont des idées qui ne se sont jamais concrétisées. Est-il possible que Marie-Anne ait elle-même conçu ces expériences de pensée basées sur ses connaissances en physiologie pour suggérer de nouvelles façons de mesurer l’absorption d’oxygène et la production de dioxyde de carbone?,
incidemment, l’apparence générale de tous les sujets dans les figues. 4, 5, 6 et 7 suggèrent les mêmes attitudes néoclassiques qui sont montrées à la Fig. 1, et qui étaient caractéristiques du peintre Jacques-Louis David dans ses autres œuvres. Ces caractéristiques ont clairement influencé les dessins de L’élève de David, Marie-Anne.