La distillation est généralement une affaire lente et statique. Comme Primo Levi l’a dit dans son Tableau périodique: ‘J’aime la distillation parce que c’est un travail philosophique lent… qui donne le temps de réfléchir, un peu comme faire du vélo.’ Si le lien semble ténu, dans les années 1930, il y avait une convergence entre le calme apparent de la distillation en laboratoire et la frénésie tourbillonnante d’un vélo en mouvement.

Au début du XXe siècle, la croissance de l’industrie du raffinage du pétrole a créé une demande pour des méthodes permettant de traiter les mélanges d’une complexité ahurissante émergeant des champs de pétrole. À la même époque, la découverte des isotopes par Francis Aston présentait le défi de séparer des espèces chimiques qui différaient à peine les unes des autres.

Alors que des dizaines de modèles empiriques de fractionneurs statiques ont été rapportés, la théorie était en retard par rapport à l’expérience. Ernest Sorel fut le premier à avoir pris au sérieux l’idée d’un équilibre entre la matière en phase vapeur et en phase condensée. Il a introduit l’idée de la plaque théorique, ce qui l’a conduit à une description mathématique efficace, mais très fastidieuse, du processus. Son contemporain allemand Eugen Hausbrand a développé une méthode parallèle davantage axée sur la thermodynamique du processus, en considérant les changements d’énergie qui accompagnent la vaporisation et la condensation.

Warren Lewis, du Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis, a joué un rôle clé dans l’évolution des travaux de Hausbrand et Sorel vers une théorie prédictive de la distillation ; dans les années 1920, un certain nombre de simplifications et de raccourcis utiles aux mathématiques avaient été découverts. William Peters de DuPont a proposé d’utiliser la hauteur équivalente à une plaque théorique (HETP), aujourd’hui un facteur de mérite clé pour un appareil de distillation, tandis que Warren McCabe et Ernest Thiele ont conçu une méthode graphique pour faire des prédictions sans avoir à parcourir des pages de calculs.

Au cœur de tout cela se trouvaient les considérations liées au transport de masse : à quelle vitesse les molécules pouvaient-elles être déplacées dans le fractionneur lui-même, ainsi que du liquide à la vapeur et vice-versa.

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En 1936, le physicien George Pegram proposa une toute nouvelle forme de fractionnement en collaborant avec Harold Urey sur la séparation des isotopes de l’oxygène. Il s’agissait d’un arbre central en rotation rapide portant une série de cônes métalliques également espacés, entre lesquels se trouvaient un nombre correspondant de contreparties fixes. Le liquide se condensant sur un cône en rotation serait projeté vers le mur pour s’écouler vers le puits et sur le cône en mouvement suivant. Avec une colonne « pas trop longue » (35 pieds de haut avec 619 paires de cônes), il était possible d’obtenir un double enrichissement de ¹⁶O et ¹⁸O.

Cela n’a pas pris. Mais l’idée d’un noyau tournant a peut-être semé une graine. Harry Lochte descendait de colons allemands aux États-Unis qui se sont finalement établis dans les plaines fertiles autour de Fredericksburg, au Texas. HL, comme on l’appelait, a montré un penchant académique dès son plus jeune âge. Alors que ses frères étaient agriculteurs, HL a commencé à enseigner dans les écoles locales, puis a étudié la chimie à l’Université du Texas à Austin. Ses études supérieures ont été interrompues par la Première Guerre mondiale, mais il a ensuite terminé son doctorat avec William Noyes à l’Université de l’Illinois à Urbana – Champaign.

Il retourna à un poste de professeur à Austin en 1922, enseignant la chimie organique et travaillant, bien sûr, dans la chimie pétrolière. Il fut nommé responsable de la bibliothèque et joua un rôle clé dans son sauvetage en 1926 lorsque le bâtiment prit feu, protégeant les livres avec des bâches mouillées pendant que les pompiers luttaient contre l’incendie. En 1927, il était devenu directeur de son département, supervisant l’enseignement de la chimie organique et caractérisant les molécules particulières trouvées dans les schistes bitumineux et le pétrole.

En 1937, il fut rejoint dans le laboratoire par un étudiant adulte, un autre ancien professeur, Sherman Lesesne. Également originaire du Texas, Lesesne a étudié la chimie dans une école de formation d’enseignants à Huntsville, obtenant un baccalauréat en sciences en 1931. Il a obtenu une maîtrise en 1932 à la Southwestern University et est resté pour y enseigner ainsi que dans une école locale jusqu’à ce qu’il rejoigne Lochte.

On ne sait pas exactement comment est née l’idée du fractionneur ; l’article qu’ils ont publié en 1938 ne fait référence qu’aux appareils de distillation statique. Mais leur idée était différente. Le fractionneur, que Lochte a bien assemblé à l’aide du chalumeau à gaz dans le laboratoire à côté de son bureau, consistait en un tube creux au centre duquel se trouvait une feuille de métal bien ajustée. Pendant la distillation, cette bande tournait à 1 000 tr/min, ce qui faisait que tout liquide se condensant à la surface était transformé en un film puis projeté sur les parois du tube. Le vent de vapeur à l’intérieur de la colonne accélérait l’évaporation des composants les plus volatils hors du liquide à n’importe quelle hauteur. Les performances de la colonne étaient impressionnantes.

Ni Lochte ni Lesesne n’ont donné suite à cette affaire. Après avoir fait un doctorat sur la chimie des quinoléines avec un autre universitaire, Lesesne est peut-être retourné à l’enseignement, mais toute trace de lui est perdue hormis sa mort en 1994. Personne facile à vivre, populaire auprès des étudiants, Lochte continuera à Austin. jusqu’à sa retraite en 1967.

Dans la décennie qui a suivi leur rapport, des variantes de leur fractionneur, généralement dotées de rubans torsadés plus longs, ont été signalées pour la distillation atmosphérique et sous pression réduite, leur avantage étant leur très faible rétention de liquide. Je n’en ai jamais utilisé, mais je me souviens de deux mystérieux appareils photo mis en veilleuse dans un coin de notre quatrième étage depuis des années. Ils sont désormais partis depuis longtemps. J’adorerais en voir un en action et méditer philosophiquement sur le sens de la chimie et le passage du temps.