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LES QUATRE ELEMENTS D'EMPEDOCLE D'AGRIGENTE

De sa belle ville sicilienne d'Agrigente, le Grec Empédocle (vers 492-432 av. J.-C.) divisa la matière en quatre éléments, qu'il appela aussi "racines":
 

Ces éléments sont mus par les forces de l'amour et de la haine.
Dans l'amour absolu, ils forment une unité homogène, alors que la haine les sépare. Lorsque ces deux forces entrent en conflit, le mélange des éléments fait surgir les choses matérielles.
Cette vision de la matière préfigure déjà un peu la nôtre par la notion d'éléments liés par des forces attractives et répulsives.
 
 

LES GRECS ATOMISTES

Le mot "atome" vient du grec "a-tomos" et signifie "insécable". Cette notion fut inventée par Leucippe de Milet en 420 avant J.C.

Son disciple, Démocrite d'Abdère (vers 460-370 av. J.-C.), expliquait que la matière était constituée de corpuscules en perpétuel mouvement et dotés de qualités idéales; Ces corpuscules étaient:

invisibles à cause de leur extrême petitesse

insécables ou indivisibles comme leur nom l'indique

pleins (pas de vide à l'intérieur)

éternels car parfaits

entourés d'un espace vide (pour expliquer le mouvement et les changements de densité)

ayant une infinité de formes (pour expliquer la diversité observée dans la nature)

La doctrine atomiste greque sombra dans l'oubli pendant de longs siècles et laissa place au triomphe durable de la théorie des quatre éléments d'Empédocle.
 
 

L'ALCHIMIE DU MOYEN-AGE
 

Née au Moyen-Age, l'alchimie est née des progrès de la métallurgie et de l'insuffisance de la théorie des 4 éléments à représenter la diversité de la matière.
 

Le grand dessein de l'alchimie était d'obtenir la transmutation des métaux "vils" (tels que le cuivre) en métaux "nobles" tels que l'or. Sans doute parce que le succès du "Grand Oeuvre" (la transmutation) ouvrait des perspectives de richesse et de pouvoir, l'activité des alchimistes s'entourait de secret et s'inscrivait dans une démarche très ancienne d'ésotérisme et d'occultisme.
La démarche de l'alchimie (comme celle de l'astrologie d'ailleurs) établissait des liens symboliques qui unissaient le microcosme au macrocosme (monde des planètes). Par exemple, l'élément Plomb était associé à la planète Saturne car celle-ci nous apparaît d'une couleur jaune "plombée".
Malgré leur croyance ésotérique, les alchimistes développèrent l'observation, l'expérimentation, la mesure et la classification des éléments: l'alchimie est donc un précurseur respectable de la chimie. D'ailleurs n'oublions pas que Newton en fut adepte et que la physique actuelle a réalisé le vieux rêve de la transmutation en transformant certains atomes en d'autres.
 
 

LE TABLEAU DE MENDELEIEV
 

En 1869, le chimiste russe Dimitri Mendeleïev construit un tableau qui classe tous les éléments chimiques alors connus d'après leurs propriétés chimiques. Ce tableau servira plus tard à classer méthodiquement tous les atomes naturels et artificiels d'après leur numéro atomique (c'est-à-dire le nombre de leurs protons).
 
 

DECOUVERTE DE L'ELECTRON
 

Et, en 1897, Thompson découvre le premier composant de l'atome: l'électron, particule de charge électrique négative.
En 1904, il propose un premier modèle d'atome, surnommé depuis "le pudding de Thompson".
Il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une sustance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs "comme des raisins dans un cake".
 
 

DECOUVERTE DU NOYAU

En 1912, Rutherford (physicien néo-zélandais) découvre le noyau atomique.
Son nouveau modèle d'atome montre que sa charge électrique positive, ainsi que l'essentiel de sa masse, est concentrée en un noyau quasi-ponctuel.
Les électrons de l'atome se déplacent autour de ce noyau tels des planètes autour du Soleil, et la force électrique attractive (la charge - de l'électron attirant la charge + du noyau) joue le rôle de la force de gravitation pour les planètes; d'où le nom de modèle d'atome planétaire.
A noter que contrairement à l'atome des Grecs, celui de Rutherford n'est ni indivisible (puisque composite), ni plein puisqu'il contient essentiellement du vide: La distance noyau-électrons est 100.000 fois plus grande que le diamètre du noyau lui même (diamètre du noyau = 10^-15 mètre = 1 Fermi).
 
 

DECOUVERTE DES NUCLEONS
 

Rutherford comprend que le noyau est lui-même composé de nucléons. Ces nucléons sont de deux sortes:

• de charge positive, c'est un proton.

• de charge neutre, c'est un neutron

Le modèle planétaire de l'atome présente un gros défaut. Les électrons peuvent émettre de la lumière sous certaines conditions (dans un ampoule électrique par exemple); ce faisant, ils perdent de l'énergie et devraient donc se rapprocher dangereusement du noyau jusqu'à s'y écraser!
Un tel atome ne serait donc pas stable.
 
 

L'ATOME DE BOHR
 

Afin de rendre compte de cette stabilité atomique, Niels Bohr crée en 1913 un nouveau modèle d'atome:
Les orbites des électrons ne sont pas quelconques mais "quantifiées"; seules certaines orbites particulières sont permises pour l'électron. Ce n'est que lorsque celui-ci saute d'une orbite à l'autre qu'il peut émettre (ou absorber) de la lumière.
 

VERS LA PHYSIQUE QUANTIQUE
 

Le modèle de Bohr est le dernier modèle obéissant à la physique classique, c'est-à-dire la physique qui explique les mouvements et les phénomènes existant à notre échelle humaine. Ces modèles d'atomes sont donc faciles à comprendre et à se représenter.

Quel plaisir intellectuel (et quelle paresse!) que de se représenter les atomes sous forme de petites boules tournant les unes autour des autres...

Ce modèle est d'ailleurs toujours celui que le grand public affectionne!
Eh bien ce modèle est faux car, à l'échelle atomique, de nouvelles lois s'appliquent! Ces lois appartiennent à une étrange physique très éloignée de nos concepts habituels: la physique quantique.
 

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