Chloros, bertholite ou déesse verte? L’histoire du chlore jusqu’au début du 20e siècle

Wallace & Tiernan et l’invention du chlorateur

C’est le 11 novembre 1924 qu’un brevet pour un appareil nommé en anglais « Chlorinator » est déposé par Charles F. Wallace. Tel que précisé dans le document, il s’agit d’une amélioration technique d’un autre appareil de Wallace et Tiernan servant à l’union entre le chlore et l’eau. La première version du « Chlorinator » date de 1914. Les chlorateurs de Wallace et Tiernan ont la capacité unique d’introduire de manière précise et sécuritaire le chlore gazeux dans l’eau afin de la stériliser. Il s’agit d’une invention remarquable qui va sauver plusieurs vies.

La stérilisation de l’eau était une découverte encore récente entre 1910 et 1920 et son objectif était de vaincre les nombreuses maladies et épidémies de sources hydriques comme la fièvre typhoïde. Ces épidémies ont pour source l’insalubrité des villes, la concentration urbaine, mais surtout, la trajectoire de transmission des maladies par les matières fécales présentes dans l’eau non traitée jusqu’à la consommation domestique. Bref, c’est la transmission fécale-orale des bactéries qui cause ces épidémies; un fait constaté à la fin du 19^e siècle avec l’acception de la théorie microbienne.  Ce fut entre autres le cas pour la Ville de Montréal en 1909 et 1910 qui fut atteinte par une épidémie de fièvre typhoïde contaminant 3 000 personnes et causant la mort de 300 personnes pour un taux de mortalité totalisant 10%.

Charles Wallace et Martin Tiernan se connaissent comme collègues à la Gerard Ozone Process Company. Tiernan avait d’ailleurs fait ses études en génie sanitaire au MIT avant d’être aide-bactériologiste à la Pittsburgh Typhoid Fever Commission. C’est dans un tel contexte qu’il apprend toute l’importance de la stérilisation de l’eau pour contrôler les épidémies de fièvre typhoïde. Les deux jeunes ingénieurs vont perdre leur emploi dans la compagnie de traitement d’ozone à cause d’un changement en gestion et vont fonder Wallace & Tiernan Incorporated en 1911. Les deux hommes vont s’intéresser aux applications du chlore pour la désinfection organique. Ils vont donner au chlore le sobriquet de « Déesse verte » en raison de sa dualité bénéfique, généreuse, mais également dangereuse.

Il est intéressant de noter la coexistence de l’ozone et du chlore au cœur du processus de stérilisation de l’eau à cette époque : c’est en 1906 à Nice que l’on voit apparaître la première station de production d’eau potable à l’ozone. Pour le chlore tel qu’utilisé par la machine de Wallace et Tiernan, il faut attendre 1914. Toutefois, d’autres méthodes de stérilisation de l’eau à base de chlore avaient débuté vers 1897 avec des solutions comme l’hypochlorite de calcium.

La découverte du chlore

Le chlore était déjà connu en 1914 avant l’invention du chlorateur. Il avait été découvert depuis 1774 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele qui lui avait donné le nom d’acide muriatique déphlogistiqué. C’est seulement plus tard qu’il est rebaptisé chlore du mot grec chloros signifiant « vert pâle ». Le gaz, effectivement de couleur verte, s’avère être fort dangereux et corrosif : il s’attaque aux métaux et aux corps organiques. En plus, il se décompose rapidement dans l’air, particulièrement lorsqu’il est exposé à la lumière. Se faisant, même si on le pense utile en théorie, ces applications pratiques sont impossibles à l’époque, car il ne peut ni être entreposé, ni transporté ou utilisé de façon durable et sécuritaire.

L’histoire du chlore continue dans l’industrie fort lucrative du blanchiment du textile. En 1799, le chimiste et magnat de l’industrie écossais Charles Tennant invente l’hypochlorite de calcium en combinant le chlore et la chaux. Ce faisant, il arrive à convertir le chlore dans une forme en poudre blanche où il est sec, portable et facile d’utilisation tout en maintenant une concentration de chlore d’à peu près 35%. L’utilisation de l’hypochlorite de sodium s’avère extrêmement efficace pour le blanchiment du textile. Au lieu de durer des semaines ou des mois, le processus est dorénavant de quelques heures!  Cette découverte va révolutionner l’industrie du textile et l’hypochlorite sera produit un peu partout dans le monde industrialisé. Un produit dérivé du chlore est dorénavant un produit de consommation courant.

Avant l’utilisation du chlore dans l’eau?

D’un point de vue économique et de développement, l’accessibilité d’un produit est très importante lorsqu’on doit établir les coûts-bénéfice d’un nouveau procédé. C’est le cas de l’hypochlorite de calcium qui est abondant dans la production industrielle de 1897. Contenant 35% de chlore, l’hypochlorite de calcium est également connu pour ses capacités désinfectantes et est ainsi prisé pour stériliser l’eau. Comme la chaîne de production est déjà existante pour l’hypochlorite de calcium, il est facile de s’en procurer.

L’hypochlorite de calcium est donc utilisé initialement pour la stérilisation de l’eau malgré plusieurs petits défauts. Toutefois, c’est déjà une excellente progression comparativement à une eau prise directement de la rivière sans désinfection! C’était simplement la meilleure solution avant la découverte de la méthode d’injection du chlore gazeux dans l’eau qui n’arrive pas avant 1914 avec l’invention de Charles F. Wallace. Cette dernière est optimisée avec le temps comme le chlorateur à cloche de Wallace et Tiernan de 1924, qui est un modèle amélioré de l’original. Voici les avantages technologiques de l’utilisation du chlore gazeux comparativement à l’hypochlorite de calcium :

1. L’espace de stockage requis pour le chlore liquide comparativement à l’hypochlorite de calcium est de 1 pour 10. Le chlore peut être entreposé dans des cylindres où le gaz est concentré.
2. Le chlore élimine les odeurs désagréables et les résidus corrosifs de l’hypochlorite de calcium.
3. Le chlore n’a pas de date de péremption dans son baril.
4. Les installations nécessaires à l’utilisation du chlore sont beaucoup plus petites que celles de l’hypochlorite de calcium.
5. L’efficacité de l’hypochlorite de calcium est réduite à basse température.
6. Même si l’hypochlorite de calcium contient 35% de chlore, le chlore poids pour poids est 8 fois plus efficace.
7. L’eau chlorée n’a ni goût ni odeur une fois que le chlore s’est décomposé.
8. L’eau chlorée ne laisse pas de boues ou de résidus de chaux dans l’eau.

Utilisation du chlore comme arme chimique

Toutefois, avant de sauver des vies, le chlore va malheureusement en éliminer plusieurs. Le chlore va être utilisé directement comme gaz de combat nommé la bertholite en plus d’être un ingrédient ajouté au phosgène pour en augmenter la toxicité. La bertholite est le premier gaz de combat utilisé en 1915 lors de la Première Guerre mondiale (1914-1918). Connue pour la guerre de tranchées où deux camps s’affrontent dans de grandes lignes creusées et fortifiées, la Grande Guerre, va voir l’apparition de l’utilisation massive d’armes chimiques dans le but de briser les lignes de fortifications : bertholite (chlore), phosgène, gaz moutarde, etc. Devant les effets dévastateurs de ses armes chimiques, le Protocole de Genève va interdire l’utilisation des armes chimiques et bactériologiques dans un premier texte international le 17 juin 1925. Les gaz de combat sont considérés comme des armes cruelles et difficilement contrôlables. Ils posent des risques importants pour les populations civiles et causent des traumatismes psychologiques sévères pour tous, militaires et civils confondus.

Sources

1. L’histoire de l’ozone. Repéré sur : https://www.lenntech.fr/bibliotheque/ozone/histoire/ozone/ozone-histoire.htm
2. Internation Agency for Research on Cancer. 1991. Chlorinated Drinking-Water; Chlorination by-Products; Some Other Halogenated Compounds; Cobalt and Cobalt Compounds dans IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, No. 52, Lyon. Repéré sur: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK506913/
3. Wallace & Tiernan Co., Inc. 1915. Water Purification by Liquid Chlorine for Small Communities, New York Technical Publication No .3, New York. Repéré sur: https://digital.sciencehistory.org/works/k64mxav
4. Ligne du temps des maladies infectieuses au Québec. https://www.inspq.qc.ca/sites/default/files/documents/lspq/ligne-du-temps-maladies-infectieuses.pdf
5. History of Wallace & Tiernan. Repéré sur : https://aquaanalytic.com/wp-content/uploads/2020/03/wallace-tiernan-istoriya-brenda.pdf?x47097