24 mai 2019 Ln Arnal 0Comment
Temps de lecture estimé : 7 minutes

Le Wakanda est un royaume imaginaire d’Afrique dans Black Panther. Il propose au regard du monde une image de pauvreté et d’absence de technologie. Mais cette image n’est qu’une façade pour rester isolé du monde. Le pays est au contraire à la pointe de la technologie et prospère grâce à un élément chimique fantastique le vibranium. Avec son origine extra-terrestre, il n’est pas sans rappeler certains éléments rares sur Terre. Et même si le pays se garde bien de parler de ses réserves qui semblent sans limite, l’élément est relativement connu à l’extérieur (aucuns personnages du film ne semblent surpris quand son nom est prononcé). On peut se demander comment cela est possible. L’une des réponses est qu’il existe probablement un équivalent au tableau périodique de Mendeleïev dans ce monde.

Shuri, l'ingénieure travaillant sur les technologie liées au Vibranium
Shuri (Letitia Wright), l’ingénieure travaillant sur les technologie liées au Vibranium [Ph: Matt Kennedy ©Marvel Studios 2018 et Ph: N4TR!UMbr – CC By SA]

Organiser les éléments chimiques

Nous fêtons en cette année 2019 les 150 ans du tableau périodique. Créé par Mendeleïev en 1869, il est vu comme une étape importante de l’Histoire de la Chimie. Mais comme toujours en Histoire des Sciences, l’idée de Dmitri Mendeleïev s’inscrit dans un mouvement d’idées plus larges.

Le XVIIIe siècle voit le passage de l’alchimie à la chimie en cherchant et en décrivant les éléments. Depuis l’Antiquité, la matière est vu comme le mélange de 4 éléments primordiaux, le feu, la terre, l’air et l’eau. Par exemple, le bois est un mélange de feu et de terre puisqu’on peut le détruire et que cette destruction donne du feu et des cendres (vu comme de la terre). Mais à partir du XVIIe siècle, cette théorie est de plus en plus abandonnée face aux observations qui la contredise (comme l’oxydation des métaux où les métaux deviennent plus lourds). La théorie atomise refait alors surface. Selon celle-ci, la matière est composée de particules élémentaires microscopiques, les atomes. Commence alors la recherche de ces éléments. Ainsi avant 1700, on connait 12 éléments, en 1869, 63 et, à l’heure actuelle, 118.

Avec cette liste qui s’alonge, un problème apparait : comment les classer ? Sur quels critères ? Lavoisier commence par les classer par familles d’éléments avec des propriétés similaires. Une autre caractéristique alors disponible est la masse atomique. Il est alors également assez intuitif de classer les éléments par masse. Mais comment faire pour intégrer ces deux classements. Dans les années 1860, de nombreuses classifications sont proposées et aucune ne fait l’unanimité, pas même celle proposer par Mendeleïev en 1869. Cette dernière s’impose quelques années plus tard lorsqu’on découvre le Gallium, un élément prédit par le tableau de Mendeleïev.

Tableau en russe des éléments par Mendeleïev en 1869
Le tableau de Mendeleïev en 1869

Le tableau périodique de Mendeleïev, outil descriptif et prédictif

L’idée de Mendeleïev est que les propriétés chimiques des éléments revenaient de façon périodique selon leur masse atomique. Il décide de mettre en valeur cette période en classant les éléments par leurs masses et en alignant les éléments avec les mêmes propriétés en colonne. Mais surtout Mendeleïev laisse de la place pour des éléments encore inconnus. Plus encore, il peut prédire les propriétés de ces éléments. Il ajuste également son tableau ainsi il inverse aussi l’Iode et le Tellure. Il fait primer leurs caractéristiques sur leurs masses.

Tableau périodique
Tableau périodique actuel [par Scaler,Michka B – CC By SA]

Les découvertes en chimie et en physique ne vont de cesse confirmer le tableau de Mendeleïev. Tout d’abord, on trouve les éléments prédits par le tableau et ils ont bien les propriétés attendues. Ensuite quand on découvre la structure des atomes et on choisit de classer les éléments par leur numéro atomique (ce qui explique l’inversion de l’Iode et du Tellure, l’Iode ayant un numéro supérieur au Tellure mais une masse inférieure).  Enfin, la découverte de la structure en couches des électrons lui donne la forme particulière qu’on lui connait aujourd’hui (avec un « trou » au milieu des premières lignes).

Mais il est aussi amélioré. Dans les années 1890, on découvre un nouveau type d’éléments, les gaz rares (Aragon et Néon) qui n’ont pas été prédit par Mendeleïev. Il faut dire que ces gaz ne réagissent pas avec d’autres éléments puisqu’ils sont très stables et ne forme pas d’ions (leur dernière couche d’électrons est complète). Ce problème sera résolu en utilisant le nombre atomique à la place de la masse. Cela montra également qu’il restait à découvrir des éléments manquants (le technétium et le prométhium).

Le tableau périodique est devenu un outil de base pour les chimistes. Il permet de voir rapidement les relations entre les atomes et leurs caractéristiques. Par exemple, il est très utilisé à l’heure actuelle dans la recherche de matériaux de remplacement à ceux qu’on utilise actuellement et dont les stocks disparaissent, comme le Lithium de nos batteries. Ce type d’utilisation est montré dans le film Evolution.

Shuri disant
“Juste parce que quelque chose marche ça ne veut pas dire qu’il ne doit pas être amélioré”

Faut-il changer le tableau périodique ?

Comme nous l’avons vu, le tableau a déjà beaucoup évolué au cours des 150 dernières années. De nouveaux éléments sont ajoutés régulièrement. Les derniers l’ont été en 2015. Ils sont créés artificiellement en laboratoire et sont très instables. Ce sont les éléments super-lourds. Ils ont permis de compléter la 7e ligne du tableau (où l’on trouve des éléments comme le Radium). Les physicien recherchent maintenant à synthétiser des éléments encore plus lourds et à trouver la limite maximum de protons dans un noyaux (la limite théorique est de 123).

Mais des questions restent. Tout d’abord, l’hydrogène pose soucis. Cet atome avec un proton et d’un électron est placé en haut de la première colonne de la première ligne. Comme les autres éléments de la colonne, il a un seul électron sur sa dernière couche. Or il ne présente pas les mêmes propriétés que le reste de la colonne. Au contraire, il se rapproche plus des halogènes, l’avant dernière colonne du tableau. Sa place devrait varier selon que l’on veut représenter le nombre d’électrons sur sa couche extérieur d’électrons ou ses propriétés. Ensuite, il y a d’autres anomalies. Plus on descend, plus les noyaux des atomes sont chargés positivement. D’après la relativité, cela entraine une accélération des électrons orbitant autour de ce noyau. Cela entraine de nouvelles propriétés, comme la couleur de l’Or ou la viscosité du Mercure. Enfin, il y a également des agencements des différentes sous-couches électroniques qui ne sont pas exactement celles attendu par le tableau actuel.

Pour résoudre ces problèmes, d’autres formes de représentation sont régulièrement proposées. Il y a par exemple une version étendue qui permet de mettre sur la même ligne tous les éléments des deux dernières couches (habituellement une partie est présenté sous le tableau). Une autre version propose de regrouper les éléments en « étoiles » pour représenter au mieux les sous-couches électroniques ou encore en « escargot » pour enlever les discontinuités liées aux changements de lignes, voir en 3D. mais pour l’instant, le tableau de Mendeleïev reste celui communément utilisé.

Tableau périodique étendu
Tableau radial des éléments
Taleau périodique en spirale
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Et le Vibranium de Black Panther dans tout ça ?

Si on pose l’hypothèse que la Terre du Marvel Cinematic Universe (MCU) a eu une histoire relativement similaire à la nôtre, alors il y a deux hypothèses au fait que le vibranium semble aussi connu de tout à chacun. La première est qu’il existe un peu de vibranium ailleurs qu’au Wakanda et que les chimistes de ce monde l’aient étudié. L’autre hypothèse est que devant la recherche des différents atomes au XVIII et le XIX, le Wakanda a dû laisser sortir une petite quantité de Vibranium du pays. Ce qui explique qu’il est également connu que le Wakanda a une petite réserve de Vibranium (enfin qui n’est pas si petite que ça).

Pour les propriétés du Vibranium, la plus présente dans le MCU est sa capacité à absorber l’énergie kinétique et de la restituer plus tard. La vidéo (en anglais) ci-dessous explique comment cela est possible.

Des étudiants ont réfléchi à la place du Vibranium dans notre tableau périodique. Il est le plus souvent vu sur la 7e (et dernière) ligne du tableau parmi les métaux les plus lourd.

 

Résumé :

Si le Vibranium est si connu dans le MCU malgré le secret entourant le Wakanda, c’est surement à cause d’un tableau similaire à celui de Mendeleïev utilisé par les chimistes de ce monde. En effet, il y a 150, Mendeleïev a proposé une façon de classer les éléments chimiques qui est maintenant utilisé par tou. Sous forme d’un tableau, il est possible de savoir rapidement le numéro atomique d’un élément et ses principales propriétés. Il a été également prédictif d’éléments alors inconnus. Mais il a des limites et d’autres formes de classement et de représentations des éléments sont proposés pour le compléter ou le remplacer.

 

Pas tout compris ? Tu as des remarques ? Une erreur s’est glissée dans le texte ? N’hésite pas à laisser un commentaire, j’y répondrais avec plaisir.

Pour aller plus loin

Les 150 ans du tableau périodique des éléments de Mendeleïev, émission La Tête au Carré du 14 février 2019

La classification périodique de Lavoisier à Mendeleïev, Culture Science Chimie

J. LIVAGE – Le tableau périodique des éléments chimiques à l’Académie des Sciences

Three reasons why the periodic table needs a redesign par Joshua Howgego dans the new scientist

 

Avis

Tout d’abord, je suis une grande amatrice de films de super-héros. S’inscrivant dans la franchise du MCU, Black Panther en reprend les codes tout en se donnant une identité propre en tant que premier film dédié spécifiquement à ce personnage. Un soin tout particulier a été porté à la création d’une culture spécifique au Wakanda en s’inspirant des cultures africaines existante. L’histoire est également soignée en montrant un conflit idéologique entre les deux principaux antagonistes dont aucun n’est à proprement mauvais.

 

Note perso

 

Black Panther, 2018.
De Ryan Coogler
Avec Chadwick Boseman, Michael B. Jordan, Lupita Nyong’o…
Film américain
Durée 2h15

La bande annonce en VOSTF :

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