UNIVERSITE NANCY 2. La théorie des Orbitales Moléculaires et l

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UNIVERSITE NANCY 2.
Laboratoire de Philosophie et d’Histoire des Sciences
« Archives Henri Poincaré » UMR 7117 du CNRS.
THESE de DOCTORAT.
Discipline : Philosophie et Histoire des Sciences.
par
Marie-Dominique DROIN-OGER.
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Juin 2003.
Directeur de thèse : André CORET.
JURY.
Georges Bram. Rapporteur. Professeur Emérite, Université Paris-Sud.
Jean-Louis Rivail. Rapporteur. Professeur, Université Henri Poincaré Nancy 1.
Alberte Pullman. Examinateur. Directeur de Recherche Emérite, Institut de
Biologie Physico-Chimique.
Philippe Nabonnand. Examinateur. Maître de Conférence, Université Nancy 2.
Herbert Néry. Examinateur. Professeur, Université Nancy 2.
André Coret. Directeur. Directeur de Recherche, Université Nancy 2.

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Résumé.
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RESUME.
Le concept d’orbitale moléculaire, issu de l’étude des spectres des
molécules diatomiques à la fin des années 1920, finira par être
utilisé pour décrire la structure et la réactivité des molécules dans
le cadre d’une nouvelle discipline, la chimie quantique. Partant de
cette simple constatation, nous avons articulé notre étude autour
de deux questions :
Comment passe-t-on de la spectroscopie moléculaire aux orbitales
moléculaires ?
Comment passe-t-on des orbitales moléculaires à la
chimie quantique ?
Nous avons d’abord fait le bilan sommaire de différents modèles
permettant de décrire les molécules. Nous avons ensuite étudié les
apports de la spectroscopie à l’étude de la structure de la matière
et ce, sous les tutelles successives de la théorie des quanta (de
1911 à 1925) et de la théorie quantique (à partir de 1926).
La théorie quantique allait éclairer des zones d’ombres laissées par
la théorie des quanta dans l’interprétation des spectres de bandes,
fournissant ainsi les outils nécessaires à l’élaboration de la théorie
des orbitales moléculaires. Dans un premier temps, les orbitales
moléculaires permettront d’interpréter les spectres des molécules
diatomiques et d’en déduire leur structure électronique. Mais la
chimie ne se limite pas à l’étude des molécules diatomiques et
dans les années 1930, la théorie des orbitales moléculaires sera
étendue à l’étude des molécules polyatomiques. La grande
complexité des systèmes étudiés nécessitait la mise en œuvre de
diverses méthodes d’approximation dont nous avons suivi
l’élaboration par des chercheurs d’horizons différents. Dans le

Résumé.
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même temps, une autre théorie quantique de la liaison chimique
était mise en oeuvre, la théorie de la liaison de valence. Les deux
théories, au départ en compétition, finiront par trouver chacune
leur place au sein de la toute nouvelle chimie quantique. La
diversité des approches contribua à donner une image multiforme
et enrichie de la molécule, ce renouvellement des représentations
favorisant les progrès de la chimie.
Bien que les premières applications de la théorie quantique au
problème de la valence chimique aient été mises en œuvre en
Allemagne en 1926 et 1927, la chimie quantique se développera
aux Etats-Unis dans les années 1930. En France, la chimie
quantique n’émergera que tardivement, dans les années 1950.
Notre étude a permis de montrer que la théorie des orbitales
moléculaires émergeaient à un carrefour disciplinaire, lieu de
rencontre et de confrontation entre expérimentateurs et
théoriciens ; entre mathématiciens, physiciens et chimistes. Nous
avons ainsi assisté à la mise en place d’un réseau dans lequel les
chercheurs vont circuler avec plus ou moins d’aisance. Ces
chercheurs ‘hybrides’, mi-chimistes, mi-physiciens ; mi-chimistes,
mi-mathématiciens, qui développeront les théories quantiques de
la liaison chimique, seront les fondateurs de la chimie quantique.

Remerciements
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REMERCIEMENTS.
Ce travail de thèse est le résultat de cinq années de recherche, il a
été réalisé au Laboratoire de Philosophie et d’Histoire des Sciences
« Archives Henri Poincaré » de Nancy 2, sous la direction d’André
Coret, Directeur de Recherche au CNRS.
Je lui adresse ma profonde gratitude pour m’avoir aidé, avec
patience, à mener à bien cette étude.
Je tiens à remercier le Professeur Gerhard Heinzmann, directeur
des Archives Henri Poincaré, pour son accueil et ses
encouragements.
Je suis très honorée que Herbert Néry, Président de l’Université de
Nancy 2, ait accepté de présider mon jury et je le remercie très
sincèrement.
Je pense à Alberte Pullman qui m’a si gentiment accueillie à
l’Institut de Biologie Physico-Chimique de Paris. Je la remercie
vivement pour l’intérêt qu’elle a manifesté pour mon travail et pour
le temps qu’elle m’a consacré.
Jean-Louis Rivail, professeur de chimie théorique à l’Université
Henri Poincaré, Nancy 1, a montré tout l’intérêt qu’il portait à mes
recherches en histoire de la chimie moderne dès mon DEA. C’est
au cours de nos discussions que le sujet de ma thèse s’est dessiné.
J’ai pu apprécier son érudition et je lui adresse toute ma
reconnaissance pour son soutien et ses précieux conseils.