Fils de Jean-André Thouin (mort en 1764), jardinier en chef du Jardin du roi, et frère du paysagiste Gabriel Thouin (1747-1829), André Thouin (1747-1824) est nommé à 17 ans jardinier en chef du Jardin royal des plantes médicinales. Il y devient le bras droit de l’intendant Buffon, qu’il seconde dans ce qui concerne la culture du jardin mais aussi dans la gestion quotidienne de l’établissement, remplaçant ainsi le seigneur de Montbard lors de ses nombreuses absences. Après des études classiques, financées par Buffon, il se forme à la botanique, celle enseignée au Jardin par Antoine de Jussieu mais aussi celle qui tient compte des innovations linnéennes et des progrès de la classification naturelle, dont la plus grande figure est Bernard de Jussieu : il entre en contact avec le savant suédois dès 1770 et noue avec lui de solides liens de respect et d’admiration mutuels. Instruit, curieux et actif, il comprend très vite l’importance des plantes nouvelles, pour le jardin d’une part, mais aussi pour l’activité économique du pays ; et il ne se contente pas d’en recevoir, mais contribue inlassablement à l’enrichissement des collections vivantes en France et dans le reste de l’Europe. Il tisse ainsi en quelques années un réseau de correspondants de toute nature, professionnels ou amateurs, grands ou modestes, voyageurs lointains ou provinciaux obscurs. Le jardin du roi s’orne ainsi d’espèces toujours plus nombreuses, augmentant d’autant le champ de connaissance du botaniste mais aussi le champ d’expérience de l’agronome. C’est à ce titre que Thouin fait son entrée à l’Académie des sciences en 1786, dans la section de botanique agricole. En 1789, il est élu député suppléant du tiers-état aux États-généraux. En 1790, il est élu membre du Conseil général du département de la Seine, où il siège jusqu’au 10 août 1792. Il est chargé de préserver, après sa dissolution, les collections de botanique de l’ancienne Académie des sciences. Il contribue très largement à la réorganisation du Jardin du roi en Muséum d’histoire naturelle, et la refondation des Académies au sein du nouvel Institut de France, où il est nommé le 29 brumaire An IV (17 novembre 1795) « membre résident de la section d’économie rurale et art vétérinaire ». Dès 1793 il devient le premier professeur de culture du tout nouveau Muséum national d’histoire naturelle. En 1794, il suit les armées aux Pays-Bas où il est chargé, avec Barthélemy Faujas de Saint-Fond (1741-1819), de récupérer des collections. Il a la même mission, en 1796, lors de la campagne d’Italie de Bonaparte. Au Muséum, il crée en 1806 une Ecole d’agriculture pratique pour pouvoir allier le geste à la parole. Il est ainsi l’auteur de nombreuses notes : sur des espèces nouvelles, certaines «économiques » comme le lin, le teck ou le pin de Corse, d’autres ornementales, comme le dahlia ou la bruyère, sur des phénomènes météorologiques (les observations qu’il fit sur les gelées de 1805 ou l’ouragan de 1803), sur des techniques, mais la seule monographie achevée qu’il fit paraître en 1821 concerne les greffes.

Outre une riche correspondance avec Buffon et Malesherbes, il entretient des liens avec l'ensemble des jardins botaniques de France, en particulier pendant la période révolutionnaire.

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