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moyennes, de mesurer la distance de deux grains voisins ou, ce qui revient au même, d'évaluer le nombre moyen des particules visibles en même temps dans un volume connu ; la connaissance du titre de la liqueur suffit alors pour déterminer la masse moyenne des particules, et par suite leurs dimensions. Cette méthode, appliquée à des solutions « colloïdales » d'or ou d'argent, a permis de pousser jusqu'à six millimicrons la limite des mesures en milieu liquide.

La science vient donc d'acquérir un moyen d'observation qui prolonge et complète l'emploi du microscope. Bien qu'entrée de fraîche date dans la technique des laboratoires, Tultramicroscopie a déjà rendu quelques services aux naturalistes, aux chimistes et aux physiciens. Les premiers sentent, plus vivement que les autres, les inconvénients du microscope qui est leur grand et presque leur unique instrument de travail ; ils rencontrent à chaque instant, dans l'étude des milieux vivants, des organes dont ils ne parviennent pas à analyser la déHcatesse : rultramicroscope ne répond pas, en général, à

leurs besoins parce que son pouvoir de résolution n'est pas supérieur à celui du microscope. Il y a pourtant des cas où l'éclairage sur fond noir permet de distinguer, dans un organe bien détaché, des détails qui échappent en éclairage direct ; les cils vibratils et, d'une façon générale, tous les organes déliés et formés d'une substance plus réfringente que le liquide ambiant, sont justiciables de la méthode nouvelle; certains microbes, comme le spirochète de Schaudinn, spécifique de l'avarie, présentent des fdaments en tire-bouchon, brillants et ténus, dont les mouvements sont caractéristiques; d'autres, comme les trop célèbres trypanosomes, reçoivent du flagelle et de la membrane ondulante qui les terminent des impulsions tout à fait typiques ; tous ces détails de structure n'apparaissent nettement que sur le fond noir de l'ultramicroscope, où le D' Comandon a pu les cinématographier, à raison de trente-deux poses par seconde, rendant ainsi visibles pour tous les scènes de la vie des infmiment petits et les grandes batailles que se livrent, dans nos propres tissus, microbes et globules blancs.

Mais l'ultramicroscope possède, en biologie, un domaine réservé ; c'est l'étude des microbes ultramicroscopiques . Ces organismes bien diffé-

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renciés par les maladies qu'ils produisent, mais invisibles aux plus forts grossissements, sont nombreux et redoutables ; citons ceux de la fièvre aphteuse, de la peste bovine, de la fièvre jaune, de la clavelée, de la rage. Ils ne doivent pas être beaucoup plus petits que les derniers corps visibles en microscopie ordinaire, car ils sont arrêtés par les bougies Chamberland à pâte serrée ; il en est même un, celui de la péripneumonie bovine, qui se trouve tout à fait à la limite de visibilité ; les cultures de ce microbe, faites à rinstitut Pasteur, ne montrent au microscope ordinaire « qu'un fond granulé dont les éléments sont indistincts^ », et on n'arrive à ce résultat qu'en les colorant, par conséquent en les tuant, tandis qu'à l'ultramicroscope on peut les observer vivants sous formes de petits points brillants, animés de mouvements analogues aux mouvements browniens de la matière non vivante. Ceci n'est qu'un début, et une étude approfondie de ces divers microbes permettra sans doute de les voir et peut-être encore de les différeacier par les mouvements qu'ils peuvent tenir d'organes invisibles.

En chimie également, une voie nouvelle s'est

1. Cotton et Mouton, les Ultramicroscopes (Masson, éditeur, 1906).

ouverte par robservation au microscope des réactions qui donnent naissance à des précipités. Lorsqu'on mélange deux liquides susceptibles de réagir et extrêmement dilués, on n'aperçoit à Fœilnu, pendant de longues heures, aucun précipité ni même aucune opalescence de la liqueur; pourtant la réaction est déjà commencée ; à Tultramicroscope, on voit apparaître des points brillants dont le nombre augmente d'abord très rapidement pour rester ensuite stationnaire ; l'éclat de ces particules croît peu à peu, même lorsque leur nombre ne change plus, et l'on constate ainsi que la réaction chimique se fait en deux temps ; d abord par l'apparition brusque, presque explosive, de germes solides dans la liqueur, puis par un dépôt du précipité autour de ces germes qui grossissent peu à peu sans que le nombre en augmente ; mais ces deux périodes sont elles-mêmes précédées par un temps mort, pendant lequel les liquides mélangés paraissent inactifs, comme deux athlètes qui se mesurent du regard avant d'entamer la lutte. Il n'est pas difficile d'imaginer ce qui a dû se passer pendant ce temps mort : l'étude de la conductibilité électrique montre que la réaction chimique commence dès l'instant où les deux solutions sont mélangées, et l'on sait, d'autre

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part, qu'il n'y a pas de corps rigoureusement insoluble dans un liquide ; il est donc probable que les produits de la réaction ont commencé par se dissoudre jusqu'à saturation, et même jusqu'à sursaturation, état instable dont le moindre choc a troublé le faux équilibre en faisant apparaître brusquement les germes solides.

Ainsi, l'ultramicroscopie nous permet une analyse plus serrée de la réaction chimique ; les services qu'elle a rendus aux physiciens ne sont pas moindres ; un premier, et non le moins important, est d'avoir remis le microscope en honneur dans leurs laboratoires. Beaucoup s'étaient habitués à l'idée que ce merveilleux instrument ne pouvait plus servir qu'aux naturalistes et je sais plus d'un laboratoire de physique, merveilleusement outillé pour tout le reste, où l'on n'aurait trouvé, il y a quelques années, que des tronçons épars de microscopes dont l'antiquité faisait le seul mérite. Le physicien d'aujourd'hui a pris conscience de ce qu'il peut gagner sur la nature par l'emploi de microscopes perfectionnés ; de là est née toute une série de travaux qui font le plus grand honneur à la science, et surtout une étude détaillée des mouvements browniens, grâce à laquelle la théorie cinétique de la matière a

passé de Tétat d'hypothèse au rang de certitude scientifique. Ce grand progrès, dû en grande partie aux expériences de M. Perrin, fera Tobjet du prochain chapitre.

LE MOUVEMENT BROWNIEN

L'hypothèse atomique décompose la matière en molécules très petites, qui peuvent ellesmêmes se composer d'un assemblage d'atomes, et la théorie cinétique attribue aux molécules des mouvements très rapides, incessamment modifiés par leurs collisions mutuelles. L'hypothèse est aussi vieille que la philosophie, la théorie a presque le même âge que la physique. Toutes deux se sont précisées avec les progrès de la science ; en se moulant sur les faits, elles se sont soudées à eux, si bien que le bloc paraît infrangible. Pourtant, elles ne sont que probables : les molécules et leurs mouvements échappent aux sens et notre époque a vu des hommes éminents affirmer que l'atomisme est une doctrine creuse, que les savants doivent renvoyer aux philosophes. Ceux qui n'ont pas le loisir d'approfondir étaient donc en droit, jusqu'ici, de se demander si tout cela n'est pas

un jeu de Tesprit, qui obscurcit la science au lieu de la clarifier.

Aujourd'hui, cette réserve sceptique n'est plus de mise ; l'étude du mouvement brownien vient d'engager dans la voie expérimentale Tétude directe des mouvements moléculaires. Ce résultat est Tœuvre du jeune professeur à la Sorbonne, M. J. Perrin, à qui de remarquables travaux sur les rayons X avaient déjà conquis une juste notoriété.

En 1827, le naturaliste anglais Brown, examinant au microscope ^ des particules solides en suspension dans un liquide, s'aperçut qu'elles étaient animées d'un mouvement incessant ; le phénomène est aisé à constater quand on dispose d'un bon microscope : il suffît de placer sur la platine de l'appareil, entre une lame de verre et une lamelle couvre-objet, une goutte d'un liquide contenant des grains solides dont le diamètre avoisine le micron (ou millième de millimètre) ; on obtiendra un bon résultat en ajoutant à de l'eau un peu d'encre de Chine, qui contient du noir de fumée sous forme de grains très petits. Parmi ces particules de noir de fumée.

4. Dollond venait d'apporter à cet instrument un perfectionnement considérable, en le munissant d'objectifs achromatiques.

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les unes, généralement les plus grosses, tombent au fond de la préparation et s'immobilisent contre les parois; d'autres, plus petites, suspendues dans le liquide, paraissent animées d'un frémissement continu ; enfin celles qui, plus petites encore, sont aux limites de la visibilité, exécutent des mouvements de plus grande amplitude, incohérents et désordonnés, sautant brusquement à droite, à gauche, immobiles un instant pour repartir de nouveau ; ces déplacements échappent à toute règle et à toute prévision et les mouvements des particules voisines sont complètement indépendants les uns des autres.

L'observation de Brown n'intéressa ni les naturalistes, ni les physiciens : peut-être jugeat-on inutile de chercher des lois au hasard, en vertu de cette idée préconçue et fausse que le hasard n'a pas de lois ; peut-être les effets observés furent-ils mis au compte de la convection calorifique et des trépidations transmises à travers le liquide. On ne reparla plus du mouvement brownien jusqu'en 1880 ; c'est alors que M. Gouy en fit ressortir l'importance et montra l'inexactitude des explications sommaires dont on s'était contenté. L'agitation brownienne n'est pas due à des trépidations, car elle subsiste la

nuit aussi bien que le jour et n'est pas moins intense en rase campagne qu'auprès d'une rue secouée par de lourds charrois; elle ne tient pas davantage aux mouvements de convection produits dans toute masse fluide par les différences de température, car la convection forme des courants qui entraînent dans un déplacement d'ensemble un grand nombre de particules, alors que le propre du mouvement brov^nien est l'indépendance absolue du mouvement des particules voisines ; d'ailleurs, on ne change rien au phénomène quand on maintient dans la masse fluide un rigoureux équilibre de température. La lumière non plus n'intervient pas, puisqu'on peut rendre l'éciairement mille fois plus faible, ou changer sa couleur, sans rien modifier. Enfin, la nature physique ou chimique des grains n'agit pas davantage ; les microbes, les débris minéraux ou organiques de toute sorte qui pullulent dans l'eau ordinaire s'agitent tous de la même manière.

Toutes les hypothèses qu'on pouvait faire à première vue étant ainsi éliminées, une seule reste debout et s'impose : le mouvement des particules solides nous révèle une agitation interne et spontanée du liquide ambiant, comme les déplacements d'un bouchon nous montrent

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ceux de Teau qui le porte. La goutte d'eau que nous regardons au microscope et qui nous paraît immobile, ressemble à ces essaims d'insectes qui, Tété, pullulent au-dessus des étangs; elle est faite de molécules séparées, dont les masses sont plusieurs millions de fois plus faibles que celles des grains qui manifestent le mouvement brownien ; ces molécules, incessamment agitées, se choquent sans cesse et rebondissent les unes sur les autres ; elles frappent aussi la surface d'un corps immergé dans le liquide; si ce corps n'est pas extrêmement petit, il recevra en même temps et sur tous les points de sa paroi des millions de chocs dont les actions s'équilibreront mutuellement ; au contraire, les particules plus petites qui manifestent l'agitation brownienne ne sont frappées en même temps que par un petit nombre de molécules et la compensation qui se produisait dans le cas précédent est désormais imparfaite ; une face reçoit plus de chocs que la face opposée et la différence des impulsions projette le corpuscule dans une certaine direction ; l'instant d'après, les chocs autrement répartis produiront un mouvement différent. Ainsi le corpuscule sera incessamment bousculé comme une. balle que se renverraient mille lutins, et ses déplacements seront d'autant

plus sensibles qu'il sera plus petit, tant parce que les chocs simultanés s'équilibrent moins exactement que parce que la masse à ébranler est plus faible : de même un cuirassé reste insensible au mouvement des vagues, qui ballotte un navire d'un moindre tonnage. « Ainsi apparaît ^ une propriété profonde, éternelle de ce qu'on nomme un fluide en équilibre. Cet équilibre n'existe que de façon moyenne et pour de grandes masses ; c'est un équilibre statistique. En réalité, tout le fluide s'agite indéfiniment et spontanément en des mouvements d'autant plus violents et rapides qu'ils concernent des portions plus petites ; la notion statistique de l'équilibre est complètement illusoire. ))

Cette interprétation n'était, comme la théorie cinétique elle-même, qu'une hypothèse plausible lorsque M. Perrin entreprit d'en faire une vérité physique par l'étude méthodique des mouvements browniens. Une difficulté préliminaire consiste à obtenir des grains de formes et de dimensions bien déterminées; on l'a résolue en