L’histoire voudrait que ce soit de son esclave Onésime, originaire d’une région d’Afrique de l’Ouest où les paysans se protégeaient de la variole grâce aux sécrétions du pis des vaches atteintes de vaccine (variole des vaches), que le pasteur américain Cotton Mather (1663-1728) ait appris la pratique qu’il popularisa à Boston durant la grande épidémie de 1721. Cependant, la première mention indiscutable de la « variolisation » fut faite en Chine au XVIe siècle : il s'agissait alors de mettre en contact le sujet à protéger avec les suppurations des vésicules d’un malade, au prix d’un risque évident. Cette pratique se diffusa le long de la « Route de la soie » puis fut importée en Occident à partir de Constantinople au début du XVIIIe siècle grâce à une Anglaise vivant en Turquie, Mary Wortley Montagu (1689-1762). Voltaire consacra en 1734 sa XIème Lettre Philosophique, « Sur la petite vérole », à cette « inoculation » en précisant qu'elle se pratique en Angleterre avec des termes qui conservent toute leur actualité : « Un évêque de Worcester a depuis peu prêché à Londres l'inoculation ; il a démontré en citoyen combien cette pratique avait conservé de sujets à l'État ; il l'a recommandée en pasteur charitable. On prêcherait à Paris contre cette invention salutaire comme on a écrit vingt ans contre les expériences de Newton ; tout prouve que les Anglais sont plus philosophes et plus hardis que nous. Il faut bien du temps pour qu'une certaine raison et un certain courage d'esprit franchissent le Pas-de-Calais ». L'inoculation de la variole suscita dès lors de vifs débats en Europe. En 1760, le mathématicien Daniel Bernoulli (1700-1782) montra que, malgré les risques, sa généralisation permettait de gagner plus de trois ans d’espérance de vie à la naissance. À la fin du XVIIIe siècle, entre 1770 et 1800, six chercheurs, souvent simples amateurs, testèrent de façon indépendante la possibilité d'immuniser l’homme contre la variole en inoculant des sécrétions prélevées sur le pis de vaches varioleuses : en témoignèrent un fermier anglais, Benjamin Jesty (1736-1816), en 1774, et en, 1791, un instituteur allemand, Peter Plett (1766-1823). Ce fut le médecin anglais Edward Jenner (1749-1823) qui publia le premier ses travaux et obtint une reconnaissance officielle : le 14 mai 1796, il avait inoculé à un jeune garçon du pus prélevé sur la main d’une fermière infectée par la vaccine ; trois mois plus tard, il inocula la variole à l'enfant qui se montra immunisé. Cette prophylaxie laissa son nom à la « vaccination », qui a pour origine le nom de « vaccine », elle-même dérivée du latin vacca, la vache.
Le principe de la vaccination fut rationalisé par Louis Pasteur (1822-1895) et ses collaborateurs, Émile Roux (1853-1933) et Émile Duclaux (1840-1904). Sa première vaccination fut celle d'un troupeau de moutons contre le charbon en 1881 ; la première vaccination humaine (depuis celle contre la variole) fut celle d'un enfant contre la rage en 1885 (contrairement à la plupart des vaccinations, elle fut effectuée après l'exposition au risque).
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