La chimie des gaz
A son retour au ministère à Mill Hill Chapel, Leeds, en 1767, Priestley commence des recherches expérimentales intensives en chimie. Entre 1772 et 1790, il a publié six volumes d’Experiments and Observations on Different Kinds of Air et plus d’une douzaine d’articles dans les Philosophical Transactions de la Royal Society décrivant ses expériences sur les gaz, ou « airs », comme on les appelait alors. Les chimistes pneumatiques britanniques avaient auparavant identifié trois types de gaz : l’air, le dioxyde de carbone (air fixe) et l’hydrogène (air inflammable). Priestley a intégré une explication de la chimie de ces gaz dans la théorie du phlogiston, selon laquelle les substances combustibles libéraient du phlogiston (un « principe d’inflammabilité » immatériel) lors de la combustion.
Courtesy of the National Portrait Gallery, London
Priestley a découvert 10 nouveaux gaz : le protoxyde d’azote (air nitreux), le dioxyde d’azote (vapeur nitreuse rouge), le protoxyde d’azote (air nitreux inflammable, appelé plus tard « gaz hilarant »), le chlorure d’hydrogène (air acide marin), l’ammoniac (air alcalin), le dioxyde de soufre (air acide vitriolique), le tétrafluorure de silicium (air acide fluoré), l’azote (air phlogistique), l’oxygène (air déphlogistique, codécouvert indépendamment par Carl Wilhelm Scheele), et un gaz identifié plus tard comme étant le monoxyde de carbone. Les succès expérimentaux de Priestley résultent principalement de sa capacité à concevoir des appareils ingénieux et de son habileté à les manipuler. Il a acquis une renommée particulière grâce à une auge pneumatique améliorée dans laquelle, en recueillant les gaz sur du mercure plutôt que dans de l’eau, il a pu isoler et examiner des gaz solubles dans l’eau. Pour ses travaux sur les gaz, Priestley a reçu la prestigieuse médaille Copley de la Royal Society en 1773.
La même année, Priestley s’installe à Calne, dans le Wiltshire, où il sert de bibliothécaire et de tuteur à William Petty, comte de Shelburne, et à sa famille. C’est là qu’il chercha et obtint de nouvelles preuves soutenant sa nouvelle croyance en un Dieu bienveillant plutôt que le Dieu vengeur de sa jeunesse calviniste. En contemplant les processus de la végétation et l' »agitation » des mers et des lacs, Priestley a imaginé les moyens par lesquels une nature bienveillante restaurait « l’air commun » qui avait été « vicié et diminué » par des processus « nocifs » comme la combustion et la respiration. Outre le renforcement de ses propres vues spirituelles, ces observations ont éclairé les expériences de photosynthèse réalisées par ses contemporains, le médecin néerlandais Jan Ingenhousz et l’ecclésiastique et naturaliste suisse Jean Senebier.
Priestley considérait ses poursuites scientifiques comme compatibles avec les intérêts commerciaux et entrepreneuriaux des dissidents anglais. Il a fait sien l’argument de Francis Bacon, homme d’État et philosophe naturel du XVIIe siècle, selon lequel le progrès social exigeait le développement d’un commerce fondé sur la science. Ce point de vue est renforcé lorsqu’il devient prédicateur à la New Meeting House de Birmingham en 1780 et qu’il devient membre de la Lunar Society, un groupe d’élite de gentlemen locaux, de dissidents et d’industriels (dont Josiah Wedgwood, Erasmus Darwin, James Watt et Matthew Boulton), qui appliquent les principes de la science et de la technologie à la résolution des problèmes rencontrés dans la vie urbaine du XVIIIe siècle. Confronté à la multitude de maladies qui affligeaient les populations croissantes des villes et des installations militaires, Priestley a conçu un appareil qui produisait de l’eau gazeuse, un mélange qui, pensait-il, aurait des vertus médicinales pour les personnes souffrant du scorbut et de diverses fièvres. Bien qu’il se soit finalement avéré inefficace pour traiter ces maladies, le « gazogène » qui utilisait cette technique a rendu possible l’industrie de l’eau gazeuse. Priestley a également conçu l' »eudiomètre », qui a été utilisé dans le cadre du mouvement général de réforme sanitaire et d’aménagement urbain pour mesurer la « pureté » (teneur en oxygène) de l’air atmosphérique. L’intérêt contemporain pour la médecine pneumatique a culminé avec l’éphémère Institution pneumatique, que le médecin et chimiste Thomas Beddoes a fondée à Bristol en 1798 afin de vérifier les effets de différents « airs » sur une variété d’affections courantes.