Dye Me a River : comment un colorant textile révolutionnaire a souillé un cours d'eau [extrait] | Shijiazhuang Agile Peak Ventures Co., Ltd.

Lorsque le colorant d'aniline a été synthétisé à partir de goudron de houille, peu ont étudié ce que le processus de fabrication a laissé derrière lui

La très grande idée qui allait transformer Toms River et remodeler l'économie mondiale est née en 1856 dans le laboratoire du grenier d'un étudiant en chimie précoce de dix-huit ans nommé William Henry Perkin, qui vivait avec sa famille dans l'East End de Londres. C'était les vacances de Pâques et Perkin profitait de son temps libre pour travailler sur des expériences sur le goudron de houille suggérées par son mentor au Royal College of Chemistry, August Wilhelm von Hofmann.

Personne au monde n'en savait plus sur les propriétés chimiques du goudron de houille que Hofmann, et le goudron de houille était un composé très important à connaître. C'était sans doute le premier déchet industriel à grande échelle. Au milieu des années 1800, le gaz de houille et le coke solide avaient remplacé les bougies, les huiles animales et le bois comme principales sources de lumière, de chaleur et de combustible de cuisine dans de nombreuses villes européennes et américaines. Le gaz de houille et le coke provenaient de la combustion du charbon à des températures élevées en l'absence d'oxygène, un processus qui laissait derrière lui un liquide brun épais et malodorant appelé goudron de houille parce qu'il ressemblait au goudron de pin utilisé pour imperméabiliser les navires en bois. Mais le goudron de houille non distillé n'était pas un très bon scellant et était également nocif, et donc très difficile à éliminer. Le brûler a produit une fumée noire dangereuse et l'enterrer a tué toute végétation à proximité. Les deux pratiques d'élimination les plus courantes pour le goudron de houille, le déverser dans des fosses à ciel ouvert ou des voies navigables, étaient évidemment peu recommandables. Mais Hofmann, un expatrié hessois qui était un expérimentateur infiniment patient, était convaincu que le goudron de houille pouvait être transformé en quelque chose d'utile. Il avait déjà fait ses preuves au Royal College of Chemistry, dont il était le directeur fondateur. Sachant que les différents composants du goudron de houille se vaporisaient à différentes températures lorsqu'il était chauffé, Hofmann a passé des années à séparer ses nombreux ingrédients. Dans les années 1840, son travail avait contribué au lancement de l'industrie du "décapage" du bois, dans laquelle les traverses de chemin de fer et les poteaux télégraphiques étaient protégés de la pourriture en les trempant dans de la créosote, fabriquée à partir de goudron de houille. Mais les décapants de bois ne s'intéressaient pas aux composants les plus légers et les plus volatils du goudron de houille, qui n'étaient encore que des déchets toxiques - plus toxiques, en fait, que le goudron de houille non distillé. Alors Hofmann et ses étudiants ont continué à expérimenter.

L'un de ces étudiants était le jeune William Perkin. Hofmann l'a fait travailler sur un projet qui consistait à décomposer certains composants clés du goudron de houille en leurs bases azotées, les amines. Hofmann savait que la quinine, le seul traitement efficace contre le paludisme et donc vitale pour l'Empire britannique, était aussi une amine, avec une structure chimique très similaire à celle de plusieurs composants du goudron de houille, dont le naphta. Il savait également que l'écorce des arbres de quinquina péruviens était la seule source de quinine, c'est pourquoi le médicament était coûteux et très difficile à obtenir. Mais que se passerait-il si le médicament miracle pouvait être synthétisé à partir de naphta ou d'un autre ingrédient indésirable du goudron de houille ? Hofmann ne pensait pas que c'était possible, mais il considérait que c'était un projet approprié pour son jeune protégé prometteur.

Perkin a accepté le défi avec empressement; comme son mentor Hofmann, il était un expérimentateur obsessionnel. Perkin s'est mis au travail pendant ses vacances de Pâques, tandis que Hofmann était en Allemagne. Travaillant dans un petit laboratoire simple au dernier étage de la maison familiale, Perkin a décidé d'expérimenter le toluène, un composant toxique du goudron de houille qui jouera plus tard un rôle majeur à Toms River. Perkin a isolé un dérivé appelé allyl-toluidine, puis a essayé de le transformer en quinine en l'oxydant dans un mélange avec du dichromate de potassium et de l'acide sulfurique. Quand il eut fini, son tube à essai contenait une poudre rouge-noire, pas le médicament clair qu'il espérait voir. Alors Perkin a essayé à nouveau, cette fois en choisissant une amine plus simple appelée aniline, qui était dérivée du benzène, un autre composant de goudron de houille qui deviendrait notoire plus tard. Une fois de plus, il l'a mélangé avec du dichromate de potassium et de l'acide sulfurique, et encore une fois l'expérience a échoué. Cette fois, une substance noire et gluante se trouvait au fond de son tube à essai, et ce n'était certainement pas de la quinine.

Cependant, lorsque Perkin a lavé la glu noire du tube à essai, il a vu quelque chose qui l'a intrigué : un résidu violet brillant sur le verre. La couleur était vive et collait obstinément au verre. Plus intéressant encore, lorsqu'il a traité la crasse avec de l'alcool, sa couleur violette s'est transférée parfaitement sur un chiffon en coton qu'il utilisait pour nettoyer ses tubes à essai. Perkin était tombé sur la magie moléculaire de l'aniline. Le benzène, le toluène et d'autres composants du goudron de houille étaient incolores car ils absorbaient la lumière ultraviolette indétectable par l'œil humain. Mais si ces hydrocarbures aromatiques étaient traités avec un acide pour créer de l'aniline ou une autre amine, après quelques étapes supplémentaires, les molécules nouvellement synthétisées absorbaient très efficacement les particules lumineuses de longueurs d'onde spécifiques dans le spectre visible. Le jeune chimiste ne savait pas pourquoi la couleur résultante était si vive ; la capacité des molécules à absorber les photons à des longueurs d'onde spécifiques en fonction de la structure de leurs liaisons électroniques partagées ne serait pas établie avant cinquante ans. Il ne savait même pas exactement ce qu'il avait créé ; la structure moléculaire précise de son nouveau produit chimique ne sera déduite que dans les années 1990. Mais Perkin n'avait besoin de rien de plus que ses propres yeux pour savoir que ce qui se trouvait au fond de son tube à essai pourrait s'avérer très utile, surtout après que sa couleur se soit si parfaitement transférée sur le tissu de coton. Quelques mois plus tôt, Perkin et un camarade de classe avaient tenté de synthétiser un colorant textile et avaient échoué. maintenant, il avait réussi d'une manière ou d'une autre en essayant de créer un médicament contre le paludisme. Comme Perkin le savait, celui qui a créé le premier colorant artificiel capable de tacher la soie, le coton et d'autres tissus avec une belle couleur pourrait devenir très riche. Peut-être, pensa l'adolescent, que son expérience ratée n'était peut-être pas un échec après tout.

Les teintures étaient une très grosse affaire, et l'avaient toujours été. L'impulsion humaine à draper nos corps de couleur est primordiale; les cultures anciennes de l'Inde aux Amériques coloraient leurs vêtements et leur peau avec des colorants extraits du bois, des animaux et des plantes à fleurs. La teinte la plus célèbre du monde antique, de loin, était le violet tyrien. Il ne pourrait être produit qu'à partir des sécrétions muqueuses laiteuses de plusieurs espèces d'escargots de mer, ou bulots, en particulier un de la Méditerranée orientale connu sous le nom de murex épineux. Le colorant violet rougeâtre était prisé parce qu'il était à la fois éblouissant et extrêmement rare. Chaque murex ne produisait généralement que quelques gouttes de colorant, et uniquement lorsqu'il venait d'être pêché. C'était une couleur d'origine légendaire, soi-disant découverte par Héraclès (Hercule, aux Romains). Selon la mythologie grecque, le grand héros vit que la gueule de son chien était tachée de violet après avoir mâché des coquillages sur la rive levantine. Héraclès considérait la teinte comme si magnifique qu'il offrit une robe violette au roi de Phénicie, qui déclara rapidement que la couleur était un symbole de la royauté et fit de Tyr le centre de la production de colorant murex dans le monde antique. Et c'est pourquoi, aux ides de mars de l'an 44 av. J.-C., Jules César portait sa robe d'apparat de pourpre tyrienne lorsqu'il fut tué par Brutus au sénat de Rome. C'est aussi pourquoi, treize ans plus tard, à la bataille d'Actium, les voiles de la barge royale de Cléopâtre furent teintes en violet vif.

Avec le déclin de l'Empire romain, le système élaboré de culture du murex et de production de teinture établi par les Romains a disparu, tout comme la teinte violette elle-même. Un millénaire de gris, de bruns et de noirs a suivi. Une nouvelle industrie de la teinture a finalement vu le jour à la fin du Moyen Âge, permettant aux cardinaux catholiques de se couvrir d'écarlate tiré des coquilles de minuscules insectes kermès et aux tapissiers de tisser avec des rouges vifs d'arbres à bois de teinture originaires d'Inde et du Brésil. Il y avait aussi des violets, principalement des lichens, mais ils étaient pâles et se fanaient rapidement. Le pourpre rougeâtre profond de César et d'Héraclès, teinte de puissance et de richesse, monarque des couleurs, n'était plus dans la palette du teinturier. Il était parti, soutenu seulement dans la légende.

Et puis, tout à coup, il était là, accroché avec ténacité aux parois de verre des tubes à essai de William Henry Perkin, dix-huit ans, sans un escargot de mer en vue. En l'espace de six mois, Perkin avait breveté son procédé de fabrication de teinture et avait démissionné du Royal College of Chemistry (malgré les objections de son mentor, Hofmann, qui pensait qu'il était téméraire) pour se consacrer à la fabrication de la teinture qu'il a d'abord appelée Tyrian. violet. Il passera plus tard à une appellation qui restera dans l'histoire comme le premier produit commercial de l'industrie chimique de synthèse : le mauve de Perkin, ou mauveine. Au début, Perkin et son frère, Thomas, fabriquaient leur teinture dans l'atelier du dernier étage de William. Ensuite, ils sont passés au jardin derrière la maison familiale, et enfin à une usine à la périphérie de Londres, le long du canal Grand Junction. Heureusement pour les frères Perkin, le violet clair était très chic dans les salons de Paris et de Londres en 1857 et 1858. Le mauve, comme l'appelaient les Français, était la teinte préférée de l'impératrice Eugénie de France et de son amie proche la reine Victoria de Angleterre. La nouvelle teinture de Perkin n'était pas seulement plus brillante que les mauves que ses concurrents français fabriquaient laborieusement à partir de lichen, elle était aussi beaucoup moins chère. Grâce à Perkin, n'importe quelle femme à la mode pouvait se permettre de porter la couleur préférée d'Eugénie, et en 1858, presque toutes le faisaient. Les teintureries d'Europe en ont pris note, créant leurs propres programmes de recherche sur la chimie de l'aniline et envoyant des délégations à Londres pour négocier l'accès aux secrets de fabrication de Perkin.

Deux teinturiers rivaux de Bâle, en Suisse, étaient parmi les observateurs les plus proches du succès de Perkin. Johann Rudolf Geigy-Merian faisait partie de la quatrième génération de Geigys dans le commerce du bois de teinture à Bâle ; son arrière-grand-père Johann Rudolf Geigy-Gemuseus avait fondé l'entreprise cent ans plus tôt en 1758. Son concurrent

Alexander Clavel était relativement nouveau venu à Bâle et n'était même pas suisse. Clavel était un Français qui s'est réinstallé à Bâle parce que cette ville, stratégiquement située sur le Rhin entre l'Allemagne et la France, était un centre florissant du commerce textile. Geigy-Merian et Clavel partageaient une fascination pour la percée de Perkin dans la chimie de l'aniline et les colorants moins chers et plus brillants qu'elle produisait. Leur enthousiasme s'accélère avec la découverte, en 1858, du deuxième grand colorant à l'aniline. C'était un rouge vif appelé fuchsine qui pouvait être produit encore moins cher que la mauveine de Perkin.

Pour Geigy et Clavel, il ne semblait y avoir aucune raison de ne pas essayer de surpasser Perkin Perkin, en particulier parce que le jeune Anglais n'avait réussi à obtenir des brevets dans aucun pays sauf le sien. Même s'il l'avait fait, cela n'aurait pas eu d'importance, puisque la Suisse ne faisait pas respecter les brevets et ne reconnaîtrait aucun procédé chimique comme propriété intellectuelle protégeable pendant encore cinquante ans. (Les Français rancuniers appelaient la Suisse le pays de contre-facteurs, le pays des faussaires, tandis que les Allemands encore plus en colère l'appelaient der Räuber-Staat, la nation des pirates.) Geigy et Clavel n'ont pas pris la peine d'essayer de négocier avec Perkin ; il avait discuté de ses méthodes avec suffisamment de personnes pour qu'elles soient désormais effectivement dans le domaine public - en Suisse sans brevet, du moins. À la fin de 1859, Geigy et Clavel avaient chacun établi leur propre usine de fabrication de colorants à l'aniline à Bâle, à quelques kilomètres l'un de l'autre sur des canaux près du Rhin. Ce faisant, ils ont mis leurs entreprises sur la bonne voie pour devenir deux des plus grands fabricants de produits chimiques au monde - et d'éventuels partenaires dans une opération de fabrication tentaculaire dans une petite ville du New Jersey qui avait sa propre histoire de piratage : Toms River.

Au cours des dix années suivantes d'activité frénétique le long du Rhin, en Allemagne comme en Suisse, la production de colorants à l'aniline - violets, rouges et noirs d'abord, puis toutes les couleurs de l'arc-en-ciel - a transformé une petite entreprise familiale après l'autre en colosses internationaux. . En 1870, grâce aux nouveaux colorants synthétiques, la plupart des entreprises qui allaient dominer l'industrie chimique pendant le siècle et demi suivant s'étaient imposées comme des acteurs mondiaux. La liste comprenait Geigy, Bayer, Hoechst, Agfa (un acronyme pour Aktiengesellschaft für Anilinfabrikation, ou la Corporation for Aniline Production), et le plus grand de tous, BASF, qui signifiait Badische Anilin-und Soda-Fabrik, ou Baden Aniline and Usine de soude. L'entreprise d'Alexandre Clavel a également prospéré, surtout après sa vente en 1873. Onze ans plus tard, l'entreprise a pris le nom de Gesellschaft für Chemische Industrie im Basel, Société pour l'industrie chimique de Bâle, ou Ciba en abrégé. Le troisième grand teinturier bâlois, Sandoz, se lance dans le jeu peu après, en 1886.

Le succès des entreprises a commencé avec l'appropriation de la grande idée de Perkin, mais il ne s'est pas arrêté là. Une décision encore plus importante a été de suivre l'instinct de son mentor, Hofmann, en séparant le goudron de houille et en trouvant des utilisations pour tous ses composants, pas seulement pour l'aniline. Après les colorants à l'aniline, dérivés du benzène, sont venus les magentas à base de toluène, les rouges à partir de l'anthracène, les roses à partir du phénol et les indigos à partir du naphtalène. Ce sont tous des hydrocarbures, les briques de base abondantes et peu coûteuses de la chimie organique. Les hydrocarbures se sont révélés extrêmement utiles au nouveau monde de la fabrication chimique pour la même raison que l'hydrogène et le carbone sont vitaux pour la chimie de la vie. Lorsque les atomes d'hydrogène et de carbone forment des molécules, ils ont tendance à s'organiser en structures durables d'anneaux et de longues chaînes dans lesquelles les atomes se lient fortement via des électrons partagés. Il y a environ quatre milliards d'années, la force de ces liaisons hydrogène-carbone a permis à des molécules de plus en plus complexes - acides aminés, ADN et protéines - de se former à partir de la soupe primordiale, rendant la vie possible. Maintenant, sur la plate-forme stable des polymères d'hydrocarbures dans le goudron de houille, les chimistes ont commencé à construire une galaxie de nouveaux matériaux qui étaient plus solides, plus attrayants et moins chers que ce que la nature fournissait.

Les colorants sont arrivés en premier, bientôt suivis par les peintures, les solvants, l'aspirine, les édulcorants, les laxatifs, les détergents, les encres, les anesthésiques, les cosmétiques, les adhésifs, les matériaux photographiques, les toitures, les résines et les premiers plastiques primitifs - tous synthétiques et tous dérivés du goudron de houille, le source de la chimie commerciale. (Les shampoings et savons au goudron de houille sont également arrivés et sont toujours disponibles sous une forme très diluée comme traitements approuvés pour le psoriasis et les poux de tête.) La vallée de la Ruhr en Allemagne, avec ses vastes gisements de charbon bitumineux, est devenue le cœur industriel de l'Europe et donc du monde. Le magazine satirique britannique Punch, qui en 1859 avait ridiculisé la "rougeole mauve" comme une épidémie de mode qui devrait être traitée avec une "dose de ridicule", en 1888 chantait les louanges de la chimie de l'aniline, avec seulement une teinte de sarcasme :

Beau goudron, le résultat brillant du charbon noir et de la lampe à gaz jaune, des produits modernes les plus merveilleux de loin, goudron des usines à gaz, beau goudron ! . . .

De l'huile, de l'onguent, de la cire et du vin, et les belles couleurs appelées aniline ; vous pouvez faire n'importe quoi, d'une pommade à une étoile, si vous savez seulement comment, à partir de goudron de houille noir.

Lorsque les fabricants de produits chimiques se sont finalement étendus au-delà de la chimie du goudron de houille à la fin du XIXe siècle, ils l'ont fait en adaptant leurs protocoles de fabrication au pétrole et à d'autres matières premières, produisant ainsi une gamme encore plus large de produits extrêmement performants, de l'acétone au X- plaques de rayons. Ciba a même acquis ses propres gisements d'huile de schiste dans les Alpes comme nouvelle matière première. Au moment où les trois énormes fabricants de produits chimiques basés à Bâle (Ciba, Geigy et Sandoz) avaient formé une alliance pour fabriquer des colorants et d'autres produits aux États-Unis - d'abord à Cincinnati, Ohio, en 1920, puis à Toms River en 1952 - l'industrie s'était montrée capable de synthétiser presque n'importe quel matériau naturel.

C'était une entreprise incroyablement rentable, tant que personne ne prêtait trop d'attention à ce que le processus de fabrication laissait derrière lui.

Lauren J.Young

Luke Taylor et le magazine Nature

Chelsea Harvey et E&E News

Tim Vernimmen et Knowable Magazine

Diana Reiss | Avis

Manon Bischoff