Qu'est-ce que le pH ? L'échelle de l'acidité expliquée simplement

On le lit sur l’étiquette d’un savon « au pH neutre », dans les analyses d’eau du robinet, sur les bandelettes des aquariums ou dans les relevés d’une rivière. Le pH est partout, et presque tout le monde sait qu’en dessous de 7 c’est acide, au-dessus basique. Mais que mesure-t-il au juste, et pourquoi un écart d’un seul point, de 6 à 5 par exemple, est-il bien plus grave qu’il n’en a l’air ? Voici ce qu’il faut savoir pour lire un pH sans se tromper, et d’où vient ce drôle de nom.

Un nom né en 1909

Le pH a été inventé par le biochimiste danois Søren Sørensen, qui l’a présenté en 1909 dans deux articles scientifiques publiés simultanément en allemand et en français. Le Service géologique des États-Unis (USGS), qui mesure le pH de chaque échantillon d’eau qu’il étudie, rappelle l’origine du nom : le « p » vient de l’allemand Potenz et du français « puissance », au sens de la puissance de dix ; le « H » est le symbole de l’hydrogène, premier élément du tableau périodique.

Le début du XXe siècle est une époque où la chimie devient, plus que jamais, une science de la mesure. Quelques années plus tôt, les découvertes de Marie Curie étaient nées de mesures d’une précision inédite ; Sørensen, lui, cherche à chiffrer une propriété que les chimistes décrivaient jusque-là avec des mots, « un peu acide », « très acide ».

Ce que mesure le pH

Dans l’eau, une infime partie des molécules se scinde spontanément. Ce qui en résulte, ce sont notamment des atomes d’hydrogène privés de leur unique électron, que l’on appelle ions hydrogène. Pour mémoire, un atome d’hydrogène se réduit à un proton et un électron, comme on le voit en se demandant ce qu’est un atome ; l’ion hydrogène n’est donc presque rien d’autre qu’un proton.

Le pH exprime la quantité de ces ions hydrogène libres dans une solution. Plus il y en a, plus la solution est acide, et plus son pH est bas. C’est là que le chiffre peut surprendre : le pH baisse quand l’acidité augmente. Un pH de 2 correspond à une solution bien plus acide qu’un pH de 5.

L’échelle usuelle va de 0 à 14. Au milieu, 7 est la valeur neutre, celle de l’eau pure à 25 °C, où les deux espèces issues de la scission de l’eau sont exactement en quantités égales. En dessous, les solutions sont acides ; au-dessus, basiques, on dit aussi alcalines. Une précision souvent oubliée : le pH ne concerne que les solutions contenant de l’eau. L’USGS le souligne, on ne peut pas parler du pH d’une huile végétale ou d’un alcool pur.

Un cran, dix fois plus

Le point le plus important, et le plus mal compris, est que l’échelle est logarithmique. Chaque unité correspond à un facteur dix. Une eau à pH 5 est dix fois plus acide qu’une eau à pH 6, cent fois plus qu’une eau à pH 7. C’est tout le sens du mot « puissance » dans le nom : le pH compte des puissances de dix.

Cette compression rend les écarts trompeurs. L’USGS donne un exemple parlant : l’eau qui s’écoule d’une ancienne mine de charbon peut afficher un pH de 2, soit une acidité cent mille fois supérieure à celle d’une eau neutre, de quoi rendre un cours d’eau invivable pour les poissons en aval. À l’inverse, une pluie ordinaire, sans aucune pollution, n’est pas neutre : son pH avoisine 5,6, car le gaz carbonique de l’air se dissout dans les gouttes et les acidifie légèrement.

Dans la cuisine, les repères sont faciles à trouver. Le jus de citron et le vinaigre sont nettement acides, d’où leur goût piquant. Le bicarbonate de soude et le savon sont basiques. L’eau du robinet se situe autour du neutre.

Comment on le mesure

Au laboratoire, on utilise un pH-mètre : une sonde de verre plongée dans l’échantillon, qui contient deux électrodes. L’une baigne dans un liquide d’acidité connue, l’autre réagit à celle de l’échantillon, et l’appareil convertit la différence de tension entre les deux en valeur de pH. Pour une estimation, le papier indicateur suffit : une bandelette qui change de couleur au contact de la solution.

Vous pouvez fabriquer un indicateur coloré dans votre cuisine avec du chou rouge. Faites-le cuire, récupérez son jus violet, puis versez-en un peu dans plusieurs verres : il vire au rose ou au rouge avec du vinaigre, et vers le bleu-vert avec une pincée de bicarbonate. Ne testez que des produits alimentaires ; les produits ménagers, eux, se manipulent avec des gants et ne se mélangent jamais entre eux. Et quand vous lisez « pH 6 » sur une étiquette, souvenez-vous que ce n’est pas « un peu moins que 7 » : c’est dix fois plus acide.