Il perd sa mère durant sa jeune enfance et est élevé, avec sa jeune soeur, par sa grand-mère maternelle puis par sa tante restée célibataire. Il poursuit ses études au collège Mazarin et obtient un prix de discours français au concours général de 1760. Il s'inscrit à la faculté de droit, obtient sa licence en 1764, et entame sa carrière au Barreau de Paris.
Passionné de sciences, il fréquente le laboratoire de chimie de Guillaume Rouelle, suit les cours de mathématiques et d'astronomie de l'abbé Nicolas Lois de la Caille et assiste aux conférences de Bernard de Jussieu. Le jeune avocat accompagne alors le naturaliste Jean Guettard dans ses voyages autour de Paris afin de dresser l'Atlas minéralogique de la France. Il a 23 ans quand il décroche une médaille d'or de l'Académie des Sciences et en est élu membre en 1768. Lavoisier devient l'adjoint du fermier général Baudon, épouse la fille d'un de ses collègues en 1771 et devient huit ans plus tard fermier général.
Nommé régisseur des poudres et salpêtres, Lavoisier réside à l'Arsenal et parvient à quintupler la production de salpêtre grâce au développement des nitrières artificielles. Il entreprend ses premières expériences en chimie et des travaux sur la combustion dès 1774. Il calcine de l'étain dans un vase clos et constate que la masse globale reste constante. Il réitère cette expérience, restée célèbre dans les annales de la chimie, avec du mercure et parvient ainsi à identifier l'oxygène et l'azote de reconstituer l'air à partir de ces deux éléments. Il parvient également à démontrer, à l'instar de Cavendish, que l'eau est obtenue par combustion de l'hydrogène et qu'elle ne constitue donc pas un élément. Il établit la composition du gaz carbonique en 1781, grâce à ses travaux sur le diamant.
Physicien tout autant que chimiste, Lavoisier s'associe avec Laplace pour rédiger une étude sur la dilatation des solides. Ses recherches lui permettent de donner diverses mesures de chaleurs massiques et de chaleurs de réactions chimiques et de démontrer que la chaleur animale provient d'une combustion mettant en jeu le carbone et l'hydrogène.
Lavoisier contribue à modifier les nomenclatures chimiques, alors émaillée de termes colorés et peu rigoureux. Le chimiste Guyton de Morveau s'installe chez lui à la fin de l'année 1786 et collabore à cette importante réforme. La Méthode de nomenclature chimique, signée par Lavoisier, Guyton de Morveau, Fourcroy et Berthollet, est présentée à l'Académie en juin 1787. Elle se présente sous la forme de trois mémoires accompagnés de dictionnaires de synonymes. La nouvelle nomenclature se fonde sur la distinction entre corps simple et composé et introduit un certain nombre de termes comme sulfates, acétates et borates afin de désigner les sels. Le Traité élémentaire de chimie, publié en 1789 expose la nouvelle nomenclature chimique et constitue un ouvrage d'enseignement de la chimie. Lavoisier embrasse la Révolution et devient député suppléant aux Etats Généraux de 1789. Il est nommé l'année suivante membre de la commission pour l'établissement d'un nouveau système de poids et mesures.
La Convention supprime l'Académie en 1793 et impose l'arrestation de tous les fermiers généraux. Lavoisier se constitue prisonnier et est envoyé devant le Tribunal révolutionnaire. Il est condamné à mort le 8 mai 1794 puis guillotiné. Le mathématicien Joseph Louis Lagrange déclarera le lendemain de sa mort : " il ne leur a fallu qu'un moment pour faire tomber cette tête et cent années peut-être ne suffiront pas pour en reproduire une semblable. "
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