CHAPITRE VI

Comment, malgré sa stabilité, la matière peut se dissocier.

f 1- — LES CAUSES SUSCEPTIBLES DE MODIFIER LES ÉDIFICES MOLÉCULAIRES ET ATOMIQUES.

La première objection qui vient à l'esprit d'un chimiste auquel on expose la théorie de la dissociation de la matière est celle-ci : comment des corps aussi stables que les atomes et qui semblent résister aux réactions les plus yiolentes, puisque leur poids paraît invariable, peuvent-ils se dissocier, soit spontanément, soit sous des influences aussi légères qu'un rayon de lumière à peine capable d'influencer un thermomètre?

Dire, comme nous le soutenons, que la matière est un réservoir considérable de forces, montre simplement qu'il n'est pas besoin de rechercher au dehors l'origine de l'énergie dépensée pendant sa dissociation, mais n'explique nullement comment l'énergie intraatomique condensée sous une forme évidemment stable parvient à s'affranchir des liens qui la maintiennent. La doctrine de l'énergie intra-atomique ne fournit donc pas de réponse à la question qui vient d'être posée. Elle ne saurait dire pourquoi l'atome, qui est, au moins en apparence, la plus stable des choses de l'univers, peut, dans certaines conditions, perdre sa stabilité au point de se désagréger facilement.

Si nous voulons entrevoir la solution de ce problème, il sera d'abord nécessaire de montrer, par divers exemples que pour produire dans la matière des changements d'équilibre considérables, ce n'est pas toujours la grandeur de l'effort qui importe, mais bien la qualité de cet effort. Chaque équilibre de la matière n'est sensible qu'à un excitant approprié, et c'est cet excitant qu'il faut trouver pour obtenir un effet cherché. Quand il est découvert, on constate aisément que de très faibles causes peuvent modifier facilement l'équilibre des atomes et déterminer, comme l'étincelle sur une masse de poudre, des effets dont l'intensité dépasse beaucoup celle de la cause provocatrice.

Une analogie acoustique bien connue permet de préciser cette différence entre l'intensité et la qualité de l'effort au point de vue des effets produits. Le coup de tonnerre le plus violent, l'explosion la plus bruyante, peuvent rester impuissants à faire vibrer un diapason, tandis qu'un son très faible, mais de période convenable, suffira à le mettre en mouvement. Quand un diapason entre en vibration parce qu'est produit dans son voisinage un son identique à celui qu'il peut rendre, on dit qu'il vibre par résonance. On sait le rôle joué aujourd'hui aussi bien en acoustique qu'en optique par la résonance : c'est elle qui explique le mieux les phénomènes d'opacité et de transparence. Elle peut servir, avec tous les faits que je vais citer. à démontrer comment des causes infimes arrivent à produire sur la matière de grandes transformations.

Bien que nos moyens d'observer les variations intérieures des corps soient très insuffisants, des expériences, déjà nombreuses, prouvent qu'il est facile de changer profondément les équilibres moléculaires et atomiques, quand on sait faire agir sur ■ eux les excitants appropriés. De ces expériences je me bornerai à rappeler quelques-unes.

Un simple rayon de lumière, dont l'énergie est.

pourtant bien faible, modifie en tombant à la surface de corps tels que le sélénium, le sulfure d'argent, l'oxyde de cuivre, le noir de platine, etc., leur résistance électrique dans des proportions considérables.

Plusieurs diélectriques deviennent bi-réfringents quand on les électrise. La boracite, bi-réfringente à la température ordinaire, devient mono-réfringente, lorsqu'elle est chauffée. Certains alliages de fer et de nickel deviennent instantanément magnétiques par la chaleur, et perdent leur magnétisme par le refroidissement. Si un corps transparent placé dans un champ magnétique est traversé par un rayon lumineux, on observe la rotation du plan de polarisation.

Tous ces changements de propriétés physiques impliquent nécessairement des changements d'équilibres moléculaires. 11 a suffi de faibles causes pour amener ces transformations, parce que les équilibres moléculaires étaient sensibles à ces causes. Des forces très supérieures, mais non appropriées, seraient restées au contraire sans action. Prenons un sel quelconque, du chlorure de potassium par exemple, nous pouvons indéfiniment le broyer, le pulvériser avec les machines les plus puissantes, sans jamais réussir à dissocier les molécules dont il se compose. Et pourtant pour dissocier ces molécules, pour séparer ce qu'on nomme les ions, c'est-à-dire le chlore et le potassium, il suffit, d'après les théories modernes sur l'électrolyse, de faire dissoudre le corps dans un liquide de façon que la dissolution soit suffisamment étendue.

Nombreux sont les exemples analogues. Pour écarter les molécules d'une barre d'acier, il faudrait la soumettre à des tractions mécaniques énormes. Il suffît cependant de l'échauffer légèrement, ne fût-ce qu'en la touchant avec la main, pour qu'elle s'allonge. On peut même, comme le faisait Tyndall, rendre l'allongement de la barre, par le con tact de la main visible à tout un auditoire au moyen d'un levier et d'un miroir convenablement disposés. Un phénomène

semblable s'observe pour l'eau. Elle est à peu près incompressible par les moyens mécaniques, et cependant le moindre abaissement de température la fait se contracter.

Nous pouvons produire dans un métal des déplacements moléculaires bien plus profonds encore que ceux déterminés par la chaleur, puisqu'ils impliquent un changement complet de l'orientation des molécules. Aucune force mécanique ne saurait engendrer de telles transformations. On les obtient pourtant instantanément, en approchant une barre de fer d'un aimant. Toutes ses molécules changent immédiatement d'orientation.

L'emploi récent de températures élevées que nous ne pouvions autrefois produire, ainsi que l'intervention des hauts potentiels électriques, qui ont permis d'utiliser des combinaisons chimiques nouvelVes, devaient naturellement conduire à penser que, avec l'emploi de ces forces énormes, certaines transformations deviendraient possibles. Sans doute on réussit par ces moyens nouveaux à créer divers équilibres chimiques jadis ignorés, mais, pour modifier l'instable matière il n'est pas besoin de ces efforts gigantesques. Nous en avons la preuve en voyant des rayons lumineux, d'une longueur d'onde déterminée, produire instantanément sur diverses substances les réactions chimiques qui engendrent la phosphorescence, et des radiations d'une longueur d'onde plus grande donner naissance à des réactions inverses détruisant non moins instantanément cette phosphorescence. Une autre preuve nous en est fournie quand nous constatons que les ondes hertziennes produites par les étincelles électriques, transtorment à plus de 1.000 kilomètres de distance la structure moléculaire de limailles métalliques.

Dans la dissociation de la matière on observe des faits analogues. Des métaux très radio-actifs, sous l'influence de radiations lumineuses d'une certaine longueur d'onde, ne le sont presque pas sous l'in-

fluence de radiations de longueur d'onde différentes. Les choses semblent se passer ici comme dans le phénomène de la résonance. On peut, comme je le rappelais précédemment, faire vibrer un diapason ou même une lourde cloche en produisant auprès d'eux une note d'une certaine période vibratoire, alors que les bruits les plus violents les laissent insensibles.

L'ensemble des faits précédents justifie notre assertion que, pour obtenir des transformations d'équilibre moléculaire profondes, ce n'est pas l'intensité de l'effort qui importe, mais bien sa qualité.

Lorsque nous connaîtrons mieux les causes capables de dissocier un peu l'agrégat d'énergie condensée dans l'atome, nous arriverons certainement à une dissociation plus complète et nous pourrons l'utiliser alors pour les besoins de l'industrie.

Ces considérations permettent de comprendre que des édifices aussi stables que les atomes puissent se dissocier sous l'influence de causes aussi faibles qu'un rayon de lumière. Si des radiations ultra-violettes invisibles parviennent à dissocier les atomes d'un bloc d'acier sur lesquels les forces mécaniques resteraient sans action, c'est parce qu'elles constituent un excitant auquel la matière est sensible.

La matière, insensible à des actions considérables peut donc être, je le répète, sensible à des actions minimes. Sous des influences appropriées, un corps très stable peut devenir très instable. Nous verrons bientôt que des traces parfois impondérables de substances arrivent à modifier profondément les équilibres chimiques, et agissent, par conséquent comme ces excitants légers, mais appropriés, auxquels obéit la matière.

1T2 l'évolution de la matière

Dans les idées actuelles sur la constitution des atomes, chacun d'eux est considéré comme un petit système solaire comprenant une partie centrale autour de laquelle tournent, avec une immense vitesse, un millier au moins de particules et quelquefois beaucoup plus. Ces dernières doivent donc posséder une grande énergie cinétique. Qu'une cause quelconque appropriée vienne à troubler leur trajectoire, ou que leur vitesse de rotation devienne suffisante pour que la force centrifuge, qui en résulte, dépasse la force d'attraction qui les maintient dans leur orbite, et les particules périphériques s'échapperont dans l'espace en suivant la tangente de la courbe qu'elles parcourent. Par celte émission elles donneront naissance aux phénomènes de radio-activité. Telle est, du moins, une des hypothèses que l'on peut provisoirement formuler.

Lorsqu'on admettait que la radio-activité était une propriété exceptionnelle n'appartenant qu'à un très petit nombre de corps tels que l'uranium et le radium, on croyait — et beaucoup de physiciens croient encore — que l'instabilité de ces corps était une conséquence de l'élévation de leur poids atomique. Cette explication s'évanouit devant le fait, démontré par mes recherches, que ce sont justement les métaux dont le poids atomique est le plus faible, tels que le magnésium et l'aluminium, qui deviennent le plus facilement radio-actifs sous l'influence de la lumière, alors que ce sont, au contraire, les corps possédant un poids atomique élevé, comme l'or, le platine et le plomb, dont la radio-activité est la plus faible. La radio-activité est donc indépendante du poids atomique et probablement due très souvent, comme je l'expliquerai bientôt, à certaines réactions chimiques de nature inconnue. Deux corps qui ne sont pas radio-actifs le deviennent quelquefois par leur combinaison. Le mercure et l'étain peuvent être rangés parmi les corps

dont la dissociation, sous Faction de la lumière, est la plus faible : j'ai montré cependant que le mercure devenait extraordinairement radio-actif sous cette même influence dès qu'on lui ajoute des traces d'étain.

Toutes les interprétations qui précèdent ne constituent assurément que des ébauches d'explication. Le mécanisme de la dissociation de la matière nous est inconnu. Mais quel est le phénomène physique dont les causes profondes ne soient pas également ignorées ?

i 3. — LES CAUSES SUSCEPTIBLES DE PRODUIRE LA DISSOCIATION DES CORPS TRÈS RADIO-ACTIFS.

Des causes variées, nous l'avons vu, peuvent produire la dissociation de la matière ordinaire. Mais dans la dissociation des corps spontanément très radioactifs tels que le radium et le thorium, aucune cause extérieure ne semble déterminer le phénomène. Comment dès lors l'expliquer?

Contrairement aux opinions émises, nous avons toujours soutenu que les phénomènes observés avec le radium provenaient de certaines réactions chimiques spéciales, analogues à celles qui se produisent dans la phosphorescence. Ces réactions se passent entre corps dont l'un est en proportion infinitésimale à l'égard de l'autre. Nous n'avons publié ces considérations qu'après avoir décourert des corps devenant radio-actifs dans de telles conditions. Les sels de quinine, par exemple, ne sont pas radio-actifs. En les laissant s'hydrater légèrement après dessiccation, ils le deviennent et sont phosphorescents pendant toute la durée de l'hydratation. Le mercure et l'étain ne présentent pas de radioactivité sensible sous l'influence de la lumière, mais qu'on ajoute au premier de ces corps une trace du second et aussitôt sa radio-activité apparaît très intense. Ces expériences nous ont même conduits ensuite à modifier entièrement les propriétés de certains corps

174 l'évolution de la uatière

simples par addition de quantités minimes de substances étrangères.

La désintégration de la matière implique nécessairement un changement d'équilibre dans la disposition des éléments qui composent un atome. Ce n'est qu'en passant à d'autres formes d'équilibre qu'il peut perdre de son énergie et. par conséquent, rayonner quelque chose.

Les changements dont il est alors le siège diffèrent de ceux que la chimie connaît par ce point fondamental, qu'ils sont intra-atomiques, alors que les réactions habituelles ne touchant qu'à l'architecture des groupements d'atomes, sont extra-atomiques. La chimie ordinaire ne peut que varier la disposition des pierres destinées à bâtir ses édifices. Dans la dissociation des atomes, les matériaux mêmes avec lesquels les édifices sont construits éprouvent des transformations.

Le mécanisme de cette désagrégation atomique reste ignoré, mais il est de toute évidence qu'elle comporte des conditions d'un ordre particulier, très différentes de celles étudiées jusqu'ici par la chimie. Les quantités de matière mises en jeu sont infiniment petites et les énergies libérées très grandes, ce qui est le contraire du résultat obtenu dans nos réactions ordinaires.

Une autre caractéristique de ces réactions intiaatomiques produisant la radio-activité, c'est qu'elles semblent se passer, comme je le disais plus haut, entre corps dont l'un se trouve en quantité très faible à l'égard de l'autre.

Ces réactions particulières sur lesquelles nous' reviendrons dans un autre chapitre s'observent également pendant la phosphorescence.

Des corps purs tels que le sulfure de calcium, le sulfure de strontium, etc., ne sont jamais phosphorescents. Ils ne le deviennent qu'après avoir été mélangés à de minimes quantités d'autres corps ils forment alors des combinaisons mobiles, capables] d'être détruites et régénérées avec la plus grande"

facilité et qui s'accompagnent de phosphorescence ou de disparition de phosphorescence. D'autres réactions nettement déterminées, telles qu'une légère hydratation, sont aptes également à produire à la fois de la phosphorescence et de la radio-activité.

On pourrait considérer comme singulière . — et en tout cas comme peu conforme à ce que nous montrent les observations de nos laboratoires — l'existence de réactions chimiques se continuant presque indéfiniment. Cependant nous trouvons également dans la phosphorescence des réactions capables de s'effectuer avec une extrême lenteur. J'ai montré par mes expériences sur la luminescence invisible que certains corps phosphorescents conservaient dans l'obscurité, pendant deux ans après leur insolation, la propriété de rayonner, d'une façon continue, une lumière invisible capable d'impressionner les plaques photographiques. La réaction chimique pouvant détruire la phosphorescence, continuant à agir durant deux années, on comprend que d'autres réactions, telles que celles susceptibles d'engendrer la radio-activité puissent se continuer plus longtemps.

Bien que la quantité d'énergie rayonnée par les atomes durant leur désagrégation soit considérable, la perte de substance matérielle qui se produit est extrêmement faible, en raison de l'énorme condensation d'énergie contenue dans l'atome. M. Becquerel avait évalué la durée de 1 gramme de radium à 1 milliard d'années. M. Curie se contente de 1 million d'années. Plus modeste encore, M. Rutherford parle seulement de 1 millier d'années et M. Crookes d'une centaine d'années pour la dissociation de 1 gramme de radium. Ces chiffres, dont les premiers sont tout à fait fantaisistes, se réduisent de plus en plus à mesure que les expériences se précisent. M. Heydweileri, d'après des pesées directes, fixe la perte de 5 grammes de radium à 0"S''02 en vingt-quatre