STRUCTURE DES MOUSSES ET DES EMULSIONS

cules liquides des mousses diminuent la tension superficielle entre Veau et la substance émulsionnée. Cette circonstance doit amener ces substances à s'accumuler à la surface de séparation de Teau et de la sij)stance «émulsionnée. En effet, dès que des particules de ces substances ont atteint cette surface, elles ne peuvent plus la quitter (puisqu'elles abaissent la tension superficielle) qu'aux dépens de l'énergie de tension (1). La surface de séparation agit donc sur ces substances à la façon d'un piège : aussi finit-elle par être complètement recouverte par une couche composée des impuretés introduites.

Ces faits sont importants pour la biologie : ils montrent, par exemple, pourquoi les masses protoplasmiques, qui contiennent toujours des graisses ou de Thuile, s'entourent aussi toujours d'une membrane composée de matériaux empruntés à ces substances (2).

Voyons maintenant comment l'accumulation des impuretés à la surface de séparation de l'eau et des substances émulsionnées et la diminution de la tension superficielle qui en résulte déterminent la stabilité de l'émulsion. Représentons-nous, dans de la mousse de savon, par exemple, une lamelle liquide verticale entre deux bulles d'air. Si la tension superficielle était partout la même, les particules liquides qui composent la lamelle devraient céder à Faction de la pesanteur et tomber. Mais, dès que les particules situées le plus haut commencent à descendre, la quantité d'impuretés devient moins grande dans la partie supérieure de la lamelle. En conséquence, la tension superficielle augmente dans cette région, et il se développe une force qui tend à ramener les particules liquides vers le haut de la lamelle, contrariant ainsi l'action de la pesanteur. C'est de cette façon que lord Rayleigh établit un

(1) DoNNAN, Zeilschr. f. physik. Chemiey vol. XXXI, p. 42, 1899.

(2) On admet généralement aujourd'hui que ce sont des substances du genre delà lécithine qui forment cette couche superficielle.

rapport entre la stabilité des lamelles liquides des mousses et la présence d'impuretés qui diminuent la tension superficielle.

Comme ces faits peuvent être utiles, pour expliquer, par exemple, que les blastomères d'un œuf segmenté ne se réunissent pas, je veux encore mentionner rapidement Texposé de Quincke sur la même question. Dans les émulsions d'huile dans Teau, Tacide gras qui est contenu dans l'huile en quantités minimes ou qui se forme par hydrolyse suffît à produire une trace de savon, qui agit comme impureté. Ce savon diminue la tension superficielle ou contact de l'huile et de l'eau et rend ainsi plus stable 1 emulsion, conformément à la théorie. Demandons-nous donc ce qui empêche deux gouttelettes d'huile séparées par une lamelle de se réunir, lorsque Teau contient une impureté, telle que du savon. Si, dans cette lamelle d'eau contenant du savon, on écarte les particules les plus superficielles (et c'est ce qui doit se produire d'abord pour que les deux gouttelettes d'huile puissent se réunir), on met en présence, à la placé do ces particules superficielles qu'on vient d'écarter, de l'huile et de l'eau qui contient une moiiis grande quantité de savon (nous avons vu, en effet, que les particules de Timputeté tendent à se rassembler à la surface de contact). Par conséquent, la tension superficielle augmentera, et cette augmentation de la tension superficielle en présence d'une eau plus pure aura pour effet de combler immédiatement le trou qu'on vient de produire et de réparer la lamelle qui sépare les gouttelettes (1). — Comme exemple de la stabilité de certaines émulsions, citons encore l'indication suivante de Quincke. Si on agite du mercure dans de l'eau et de Thuile d'olive, on obtient une emulsion grise, consistante, formée de très petites

(1) La gomme, que les pharmaciens emploient pour rendre plus stables les émulsions, diminue la tension superficielle entre l'huile et Teau.

sphères de mercure entourées d'une lamelle d'huile. Une fente produite dans la pellicule d'huile est comblée avec une force qui correspond à 6 mgr. 09 par millimètre. Des émulsions de ce genre se maintiennent pendant des mois.

En ce qui concerne l'épaisseur de la couche d'impuretés nécessaire pour protéger les lamelles, lord Rayleigh a fait des mesures et il a trouvé, par exemple, que, pour empêcher les mouvements des particules de camphre à la surface de l'eau, il suffit d'une couche d'huile de 1/1500000 de millimètre d'épaisseur. Il est à peine nécessaire de faire remarquer que de telles dimensions sont bien au-dessous des limites de la visibilité microscopique. En réalité, l'observateur qui raisonne en se servant du microscope risque de se tromper doublement : lorsqu'il admet que toutes les structures visibles ont une signification physiologique, et lorsqu'il admet, inversement, que toutes les particularités de structure qui peuvent avoir une signification physiologique doivent être visibles au microscope.

Bûtschli admet que le protoplasnia vivant est une émulsion de deux liquides ; l'un visqueux, insoluble dans l'eau; l'autre fluide, soluble dans l'eau (1).

Hardy, comme Bûtschli, admet que la substance vivante est essentiellement un liquide, et les observations qu'on peut faire tous les jours dans les laboratoires de biologie montrent que cette idée est justifiée dans une large mesure. Cependant, certaines des parties qui la composent sont solides : telles sont les substances de soutien, peut-être les membranes des noyaux et des cellules, peut-être encore d'autres parties des cellules, par exemple les centrosomes. Les observations de Traube, celles de Hardy, prouvent

(1) Bûtschli, Archiv fiir Enlwickelungsmech,^ vol. XI, p. 499, 1901.

que les composants liquides de la cellule peuvent donner naissance à des produits solides. Il y a là un chapitre de la physique des colloïdes qui est aujourd'hui Tobjet de recherches actives : nous ne nous y aventurerojis qu'autant que nous pourrons nous appuyer sur des résultats bien établis.

Les substances qui composent la matière vivante, qu'ellessoient liquides ou solides, sont des colloïdes. L'expression de « colloïdes » est due à Graham, qui a divisé les substances solubles en deux groupes, d'après leur diffusibilité à travers les membranes animales (parchemin, etc.). Les « colloïdes » diffusent difficilement ou ne diffusent pas du tout à travers ces membranes; les « cristalloïdes » diffusent facilement. Je crois qu'il importe d'ajouter qu'il y a des transitions entre ces deux groupes. D'après Krafft, le caractère colloïdal des savons de soude augmente avec la grosseur de la molécule de l'acide qui entre dans leur composition. L'acétate de soude, en solution aqueuse, a tout à fait les propriétés d'un cristalloïde ; le stéarate de soude, au contraire, se rapproche des colloïdes (l). Or les solutions d'albuminoïdes contenues dans les tissus sont des solutions colloïdales; des substances analogues aux graisses, telles que la lécithine, peuvent être présentes dans les cellules sous forme de solutions colloïdales (2) et il en est de même des hydrates de carbone à poids moléculaire élevé, comme l'amidon. Cela est tout à fait en accord avec les idées de Krafft qui pense que la connaissance de la grandeur moléculaire d'une substance permet de savoir si elle se présente comme cristalloïde ou colloïde, li'amidon, colloïde, donne par hydrolyse du sucre, cristalloïde. Si on accepte la manière de voir de Krafft dans toutes ses conséquences, on doit dire qu'il n'y a pas, entre

(1) Krafft, Zeitschr, f. physiol. Chemie, vol. XXXV, pp. 364 et 376,

(2) KocH, Zeitschr. f. physiol ChemiCy vol. XXXVII, p. 181, 1902.

comme Ta indiqué Freundlich (1), que cette charge électrique des particules des colloïdes soit due à une dissociation électrolytique de ces particules ou de certains de leurs éléments. En effet, les colloïdes qui ont un caractère acide sont chargés négativement, ceux qui ont un caractère alcalin sont chargés positivement. Or c'est exactement ce qui doH se produire, si la charge des particules résulte d'une dissociation électrolytiquie. Considérons, eu effet, un colloïde acide : s'il se dissocie, on aura un ion H positif et un ion colloïde négatif; considérons un colloïde alcalin : il devra donner, par dissociation, un ion OH négatif et un ion colloïde positif.

Hardy a montré que Talbumine du blanc d'œuf, après avoir été dialysée, devient électro-positive si on ajoute une trace d'acide, électro-négative si on ajoute une trace d'alcali. On est étonné de voir combien sont faibles les quantités d'acide ou d'alcali qui suffisent pour obtenir ce résultat. Hardy a observé des faits du même genre avec les globulines. J'ai fait remarquer (2) que ces faits s'accordent avec riiypothèsc qui attribue la charge électrique des colloïdes à une dissociation électrolytique. En effet, l'albumine a un caractère amphotère, c'est-à-dire qu'elle peut détacher des ions H et des ions OH dans la solution aqueuse qui l'entoure. Si cette solution contient un acide, la dissociation de la partie acide de l'albumine diminue ; en d'autres termes, l'albumine doit mettre en liberté dans la solution plus d'ions OH, et prendre, de ce fait, une charge positive. Le contraire se produira si on ajoute un alcali à la solution.

Hardy a montré que la charge électrique des particules est une condition indispensable de la stabilité de certaines solutions colloïdales (3). Si on supprime, dans ces solutions, la charge électrique des particules, on obtient un précipité :

(I) FREUiNDLiCH, ZcUschr , f. physik. Chemie, vol. XLIV, 1903.

{2) LoEB, Uniu. of California Public, Physiotogy, vol. I, p. 149, 1904.

(3) Hardy, Proceedings of the Royal Society, vol. LXVI, p. 110, 1901.

les particules se réunissent en agrégats plus volumineux, qui tombent au fond du vase. La démonstration fournie par Hardy est double. En premier lieu, il prend de Talbumine d'œuf débarrassée de ses sels par dialyse et la rend électro-positive par addition d'acide. Ensuite, il ajoute avec précaution de la soude, jusqu'à ce que les particules cessent d'être chargées électriquement, c'est-à-dire ne soient plu& transportées par le courant, ni dans le sens positif, ni dans le sens négatif. Lorsque les particules et Teau qui les entoure ont été rendues ainsi iso-électriques, il suffit de secouer légèrement le liquide pour déterminer la formation de flocons et la précipitation de Talbumine. En second lieu, Hardy montre que, lorsqu'on fait passer un courant dans la solution colloïdale et que les particules sont transportées à Tune des deux électrodes, elles se précipitent au mome^it où, arrivées à Télectrode, elles perdent leur charge électrique. Il faut donc considérer comme un fait que la charge électrique des particules colloïdales favorise, dans beaucoup de cas, la stabilité des solutions, tandis que la disparition de cette charge diminue la stabilité ou la réduit à zéro. — Cependant, on peut admettre aussi que, dans le cas de ce genre, l'albumine électriquement neutre est insoluble, tandis que l'albumine faiblement acide ou faiblement alcaline serait soluble (1).

On savait depuis longtemps que de Teau qui est rendue

(1) RoBEHTSOiN {Journal of Physical Chemistry^ 1906), étendant celle idée, suggère qu'une solution d'une substance protéique peut être considérée comme une solution d'un éleclrolyle amphotère en équilibre avec des combinaisons qu'il fait avec lui-même et dans lesquelles la partie acide d'une molécule a neutralisé la partie alcaline d'une autre, tout en laissant encore un hydrogène dissociable d'hydroxile, à la façon des polypeplides d'Emile Fischer. Robertson considère la coagulation comme un changement d'équilibre en faveur des électrolytes amphotères d'ordre plus élevé, c'est-à-dire formés d'un plus grand nombre de molécules associées, tandis que la solution serait une rupture d'équilibre en faveur des électrolytes amphotères d'ordre mférieur. {Addition de l'auteur à V édition française, 1906.)

trouble par une suspension de particules solides s'éclaircit rapidement si on y ajoute des sels ; on avait constaté que le même fait se produit pour les solutions colloïdales ; leurs particules se précipitent sous Faction des sels. On avait vu, en outre, que le pouvoir précipitant de divers électrolytes n'est fonction que d'un seul des deux ions — généralement ^u cation, — et qu'il croît avec la valence de cet ion, mais plus vile qu'elle. Par exemple, Freundlich a trouvé, dans des expériences sur le sulfure d'arsenic colloïdal, dont les particules sont chargées négativement, que le pouvoir précipitant des sels à cation bivalent est environ 70 fois plus grand que celui des sels à cation univalent et celui des sels à cation trivalent environ 500 fois plus grand que celui des sels à cation univalent (1). — Hardy a complété les connaissances générales qu'on possédait déjà sur cette question par une découverte importante : il a montré que la précipitation dépend des cations dans les « sols » (2) dont les particules sont chargées négativement, et des anions dans les « sols » dont les particules sont chargées positivement. Le pouvoir précipitant des ions est, d'après Hardy, une fonction exponentielle de leur valence (3). Il n'est pas absolument impossible que cette précipitation des colloïdes par les sels soit due à une action chimique. Ces particules colloïdales chargées négativement peuvent se combiner avec les métaux, et on a le droit de supposer que la solubilité des différents complexes ainsi formés est, dans une certaine mesure, fonction de la valence du cation. Mais il se peut aussi que Faction des sels soit due uniquement à la charge électrique des ions, et c'est l'opinion qu'inclinent à admettre Hardy, Bredig, Freundlich et la plupart des physico-chimistes.

(1) Freundlich, art. cité. ^

(2) On appelle sol ou hydrosol la suspension des particules colloïdales dans l'eau ; gel ou hydrogel, l'ensemble des particules précipitées.

(3) Hardy, Journal of Physiology, vol. XXIV, p. 288, 1899.

Hardy a découvert récemment qu'une solution électronégative de globuline est précipitée rapidement par les électrons positifs des radiations du radium (l). Peut-être <;es électrons positifs déterminent-ils d'abord une modification chimique qui entraîne la précipitation.

Si on admet que la charge électrique des particules colloïdales n'est pas due à une dissociation électrolytiqu3, mais qu'il se développe bien réellement des charges électriques de signe contraire à la surface de contact des particules et de l'eau qui les entoure, la meilleure manière d'interpréter les observations de Hardy est celle qu'a proposée Bredig (2). On sait que la tension superficielle entre deux milieux est d'autant plus grande que la différence de potentiel électrique entre les deux milieux est plus petite. Toute diminution de la charge électrique des granules colloïdaux augmentera donc leur tension superfici(*lle et par suite facilitera leur réunion à la suite du moindre ébranlement. Mais j'estime que les partisans de cette hypothèse n'ont pas encore expliqué comment il se fait que la valence des ions exerce une si grande infiuence sur la précipitation des solutions colloïdales. En efi'et, tous les sels apportent dans la solution des quantités égales de charges positives et négatives : il semble donc que tous devraient produire les mêmes effets.

D'autre part, il existe des solutions colloïdales dont les particules ne sont pas transportées par le courant électrique. Hardy signale, comme appartenant à ce genre de solutions, les globulines, maintenues en solution par des sels. Billitzer a montré qu'il n'y a pas toujours précipitation quand les particules colloïdales et le liquide qui les entoure sont iso-électriques.

La vie est liée à la persistance de certaines solutions

(1) Hardy, même article.

(2) Bredig, Anorganische Fermente^ Leipzig, 1901,

colloïdales. Les agents qui fout passer tous les colloïdes à Tétat de gel mettent aussi fin à la vie. Par exemple, les albumines liquides qui entrent dans la constitution de notre corps se coagulent pour une faible élévation de température : nous voyons, d'autre part, qu'une température de 45® tue rapidement nos cellules. Les métaux lourds précipitent les albuminoïdes : ces mêmes métaux sont des poisons violents. Mais, dans d'autres circonstances, certaines précipitations de colloïdes peuvent déterminer, non pas la mort, mais l'apparition de structures importantes. Citons, comme exemples, la formation des membranes de précipitation de Traube, celle des structures myéliniques. D'après A. Fischer, les astrosphères de la division cellulaire se formeraient aussi par coagulation. 11 se peut que toute une série de phénomènes relatifs à la division cellulaire, à la motilité, à la contractilité du protoplasma, résultent d'une alternance de coagulations et de liquéfactions. Mais avant de faire fond sur de telles hypothèses, il faudrait avoir démontré leur validité. Jusqu'ici, cette démonstration n'a été fournie, d'une façon vraiment convaincante, qu'en ce qui concerne la formation des membranes de précipitation : aussi nous bornerons-nous à ce fait pour l'étudier avec plus de détail.