J. Perrin, Mouvement brownien et réalité moléculaire

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traitant des émulsions de gomme-gutte ou de mastic. La gomme-gutte, utilisée pour Taquarelle, provient du latex desséché du guttier de rindo-Chine ; en la frottant sous un courant d'eau, on obtient un liquide jaune, qui contient la gomme sous forme de grains sphériques de dimensions variables ; il faut alors procéder au triage de ces grains, de façon à réunir tous ceux qui ont même diamètre. On y parvient par l'emploi méthodique de ces machines nommées centrifugeuses, qui servent en laiterie à Técrémage du lait, ou encore dans de nombreuses industries à séparer dans un liquide mixte des éléments de densité différente ; le mélange est soumis à une rotation rapide, qui entraîne à la périphérie les parties les plus denses, sur lesquelles la force centrifuge est prépondérante.

Lorsqu'on soumet à l'action de ces machines l'émulsion de gomme-gutte à grains irréguliers, on constate que les premières parties séparées sont relativement riches en gros grains ; la teneur s'accroît par une nouvelle centrifugation du produit précédent, si bien qu'en multipliant les opérations, on parvient, par un enrichissement graduel qui rappelle la distillation fractionnée, à obtenir un liquide qui ne contient

qu'une seule catégorie de grains ; la même opération, conduite sur les résidus, fournit une émulsion à particules plus petites, et ainsi de suite, si bien qu'avec de la patience on a séparé un certain nombre d'échantillons, dont chacun renferme des particules identiques.

On peut obtenir des résultats analogues par l'emploi d'une sorte de vernis, nommé mastic, dont la solution alcoolique, versée brusquement dans l*eau, donne un liquide laiteux, c'est-à-dire une émulsion formée, comme celle de gommegutte, par des grains sphériques de dimensions très variables. On peut en déterminer le diamètre par plusieurs méthodes qui donnent des résultats concordants : la plus simple consiste à mesurer au microscope la longueur des bâtonnets qui se forment, de temps en temps, par l'agglomération d'un certain nombre de grains accolés bout à bout.

Cette besogne préalable achevée, prenons une des émulsions simples, dont toutes les particules sont identiques, et versons-la dans l'eau. Comme le mastic et la gomme-gutte sont plus denses que ce liquide, on doit s'attendre à ce qu'ils tombent au fond ; c'est ce qui arriverait pour des grains un peu gros. Mais les lois ordinaires de la physique ne sont pas faites pour

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ces masses infiniment petites; lorsqu'on attend plusieurs heures, en maintenant le liquide à température constante de façon à éviter les courants de convection, il s'établit un état d'équilibre qui se maintient ensuite indéfiniment; mais ce n'est qu'un équilibre moyen ou statistique ; chaque tranche du liquide renferme toujours le même nombre de globules, et la fixité de leur nombre résulte de la compensation de milliers de mouvements incohérents ; de même, une ville a une population fixe parce que le nombre des entrants compense celui des sortants.

Plaçons donc sur le porte-objet du microscope la cellule qui renferme Fémulsion étendue d'eau; on sait que, lorsque le grossissement est fort, la mise au point est extrêmement précise, c'està-dire que l'appareil montre seulement une tranche de la préparation dont l'épaisseur n'excède pas un ou deux microns ; dès lors, il est facile, en soulevant le corps du microscope avec une vis micrométrique, de faire défiler devant l'œil toutes les couches superposées dans le liquide depuis le fond du vase jusqu'au niveau supérieur. En opérant ainsi, on constate que tous les granules ne sont pas tombés au fond, mais qu'ils sont de moins en moins serrés à mesure qu'on s'élève, si bien qu'on arrive rapidement à

des couches où les granules sont très raréfiés.

Il importe de ne pas se limiter à cette constatation o^rossière et de déterminer avec rigueur la loi de répartition en hauteur des grains d'émulsion. L'opération ne va pas sans difficulté, par suite de l'agitation incessante des particules. On peut se tirer d'affaire en faisant des photographies instantanées sur lesquelles les grains peuvent être dénombrés à loisir ; mais ce procédé ne réussit qu'avec les grains de diamètre supérieur à un micron ; pour les autres, il faut recourir à l'artifice suivant : on place à l'intérieur du microscope un écran percé d'un trou très petit, de façon à restreindre considérablement la région visible à travers l'instrument ; alors, au lieu de centaines de points mouvants, on n'en voit plus qu'un nombre très petit, généralement inférieur à cinq, et qu'on peut toujours apprécier du premier coup d'œil ; ce nombre est variable, mais en faisant un grand nombre de visées d'essai, on peut obtenir une valeur moyenne, d'où il est aisé de déduire le nombre de particules qu'on eût compté si le champ entier du microscope avait été visible.

Examinons maintenant les résultats et précisons-les en citant un exemple. Il se rapporte à des grains sphériques de gomme-gutte ayant,

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comme diamètre, quatre dixièmes de micron ; ces grains, en suspension dans Teau, sont placés dans une petite cuve cylindrique en verre, dont le fond, bien horizontal, repose sur la platine porteobjet du microscope ; la hauteur totale du liquide atteint cent microns, c'est-à-dire un dixième de millimètre. Lorsque Téquilibre est atteint, on vise d'abord au microscope une couche située près du fond et on compte, comme nous Tavons dit, les grains contenus dans cette tranche ; supposons qu'on en ait trouvé 100 ; on soulève alors, avec la vis micrométrique, le corps du microscope de façon à viser une couche située à 28 microns au-dessus de la première ; on n'y trouve plus que 50 granules ; visant encore à 28 microns au-dessus, le nombre des grains se réduit à 23, et ainsi de suite.

L'expérience nous met donc en présence d'une loi simple : chaque fois qu'on s'élève de SS microns, le nombre des grains diminue de moitié. D'autres mesures, faites avec des grains de nature et de calibre différents, donnent des résultats identiques, sauf en ce que la hauteur nécessaire pour dédoubler le nombre des grains varie avec le poids apparent ' de ceux-ci ; si le

1. C'est-à-dire leur poids diminué de celui de l'eau où ils baignent.

poids apparent est double, il ne faudra plus monter de 28 microns, mais seulement de 14, pour diminuer de moitié le nombre des particules.

Pour comprendre l'importance de ce résultat, il nous faut maintenant revenir à la théorie cinétique et montrer comment l'expérience de Perrin réalise, avec des molécules plus grosses, une véritable atmosphère artificielle. Supposons que l'atmosphère terrestre soit constituée uniquement d'azote, ce qui ne change pas grand chose à ses propriétés physiques, Foxygëne et l'azote ayant sensiblement même densité et les autres corps n'existant dans l'atmosphère qu'à dose réduite. La théorie cinétique nous montre cette masse gazeuse comme constituée de molécules très petites, dont on a pu déterminer le poids : pour en donner une idée, nous dirons qu'il y a autant de molécules dans un gramme d'azote qu'il y a de grammes dans un cube d'eau de 293 kilomètres décote. Delà, on peut déduire le nombre de ces masses élémentaires : dans un millimètre cube d^azote à la température et à la pression ordinaires se pressent 30 millions

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de milliards de molécules ; malgré leur nombre, chacune d'elles est si petite, qu'elles sont loin de se toucher; Fintervalle entre deux molécules représente, en moyenne, 120 fois leur diamètre. Enfin, ces éléments matériels sont animés de mouvements incessants, infiniment variés en grandeur et en direction, et dont la théorie cinétique nous fait connaître la vitesse moyenne, 500 mètres par seconde ; bien entendu, une molécule d'azote ne parcourt pas 500 mètres d'une seule traite, car elle a été, en une seconde, choquée cinq milliards de fois par d'autres molécules et renvoyée dans une direction différente. Telle est donc l'agitation vertigineuse, qui se cache sous le calme apparent d'un gaz en équilibre ; elle nous permet d'en expliquer toutes les propriétés, entre autres la pression qu'il exerce contre les parois qui le limitent : si le mercure du baromètre est soulevé par l'atmosphère à 76 centimètres de hauteur, c'est parce que chaque millimètre carré de sa surface reçoit, en un millionième de seconde, 350 milliards de chocs des molécules d'azote qui viennent y briser leur trajectoire.

Supposons maintenant qu'on s'élève en ballon dans l'atmosphère ; un baromètre emporté dans la nacelle montre que la pression décroît; à

5.540 mètres S la densité de l'air et la pression barométrique ont diminué, Tune et l'autre, de moitié : cette double variation s'interprète aisément dans la théorie cinétique : dire qu'il y a deux fois moins de gaz, c'est dire que le nombre des molécules est devenu deux fois moindre ; par suite, le nombre de chocs infligés au mercure du baromètre et la pression exercée sur sa surface, auront diminué dans le même rapport.

Si l'on s'élève encore de 5.540 mètres, on constate une nouvelle diminution de moitié dans la densité et dans la pression de l'air. Ainsi, notre atmosphère paraît, comme l'émulsion de gomme-gutte étudiée par M. Perrin, constituée par des particules séparées dont le nombre décroît à mesure qu'on s'élève ; la loi de variation est la même, mais le taux est différent; 5.540 mètres d'azote jouent le même rôle que 28 microns d'émulsion ; autrement dit, l'atmosphère de gomme-gutte se raréfie 208 millions de fois plus vite que l'atmosphère d'azote, et l'explication de ce fait est simple : il tient à ce que les particules d'émulsion pèsent 208 millions de fois plus que les molécules du gaz.

Retenons cette conséquence, car nous avons

1. En supposant, pour simplifier, que la température reste invariable.

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acculé la théorie cinétique jusqu'au point où elle va subir Tépreuve d'une vérification numérique précise ; il faudra en efïet que la molécule d'azote soit 208 millions de fois plus légère que le grain d'émulsion sur lequel nous avons expérimenté. Or la théorie cinétique nous donne le poids de la molécule (nous l'avons indiqué tout à l'heure). D'autre part, on peut, d'après la dimension des grains d'émulsion et la densité de la gomme-gutte, calculer le poids apparent de ces grains; on trouve 8,25 millionièmes de millionième de milligramme. Et maintenant, il n'y a plus qu'à prendre le rapport de ces deux poids; la division donne précisément 208 millions. La théorie cinétique sort triomphante de l'épreuve.

Le lecteur excusera, je l'espère, ces nombres et ces calculs en faveur de l'importance du résultat. Les expériences de M. Perrin permettent, pour la première fois, de faire toucher du doigt l'accord entre la théorie cinétique et l'expérience sans passer par de longs et difficiles calculs : le rapport du taux de raréfaction dans l'azote et dans Témulsion, 208 millions, est une donnée expérimentale qui ne comporte aucune hypothèse ; nous constatons qu'il est égal, comme le veut la théorie, au rapport entre le poids des

grains d'émulsion, connu par une mesure directe, et celui des molécules d'azote, donné par la théorie cinétique. Une pareille coïncidence serait, à elle seule, bien extraordinaire ; mais si quelqu'un s'obstinait encore à y voir l'eflet d'un hasard, il lui faudrait expliquer comment elle s'est reproduite six fois de suite, dans six séries de mesures faites avec le mastic et avec la gomme-gutte, en employant des grains dont le poids apparent a varié de un à quarante. Avant les expériences de Perrin, nul n'aurait pu aturmer que les grains d'émulsion ne finiraient pas par tomber tous au fond du vase ; nul n'aurait pu affirmer non plus qu'ils ne resteraient pas suspendus uniformément dans le liquide ; entre ces deux résultats contraires, la loi de répartition des globules se trouve être exactement celle qu'exige la théorie cinétique : on ne saurait exiger une confirmation plus probante.

Ainsi, ce problème qui tient tant de place dans la science et dans la philosophie de la nature, s'est trouvé résolu de la manière la plus inattendue; au lieu de construire des microscopes assez puissants pour montrer l'essaim en mouvement des molécules, on a, pour ainsi dire, grossi les molécules elles-mêmes jusqu'au point de les rendre visibles, car le grain de

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g'omnie-gutte ou de mastic, éternellement agité par le mouvement brownien, n'est qu'une molécule comme les autres ; mais le corps formé par ces grains, au lieu d'avoir pour poids moléculaire 2, comme l'hydrogène, ou 28, comme l'azote, se comporte comme un gaz dont le poids moléculaire vaudrait six milliards.

Il faut remarquer, d'ailleurs, que si la molécule de gomme-gutte est visible, tandis que celle de l'azote échappe à notre observation, cela tient, non seulement à l'écart des dimensions mais encore à la différence des vitesses. La première ne se déplace que de quelques microns par minute ; nous avons vu que la théorie cinétique assigne à la seconde une vitesse moyenne de oOO mètres par seconde, comparable à celle d'une balle qui sort du fusil ; et l'observation au microscope aurait pour effet d'amplifier encore cette vitesse dans un rapport égal au grossissement de l'instrument.

Les expériences de M. Perrin ont mis hors de doute l'exactitude de la théorie cinétique ; mais elles présentent encore un autre intérêt en nous fournissant la méthode la plus précise et la plus siire pour évaluer les grandeurs moléculaires ; ces grandeurs n'étaient connues jusqu'ici qu'avec une médiocre précision. Pour en donner une

idée, faisons choix d'une unité de poids assez petite pour que la masse de la molécule d'azote ne s'exprime pas par une fraction contenant un nombre exorbitant de zéros : ce sera le millième de milliardième de milliardième de milligramme . Les mesures tirées de Fétude de la viscosité et des propriétés électriques des gaz avaient montré que la molécule d'azote pesait plus de 14 fois et moins de 62 fois notre unité ; Fétude de la diffusion avait conduit à des nombres compris entre 21 et 70 ; la mobilité des ions donnait de 18 à 46, la diffusion atmosphérique de la lumière solaire, de 18 à 93 ; la transformation du radium en hélium conduisait au nombre 40 ; enfin, des lois du rayonnement des corps chauds on avait pu déduire des nombres compris entre 3o et 46.

C'est déjà une concordance bien remarquable que celle de ces résultats obtenus par des voies si différentes ; il semble que tous les phénomènes de la physique viennent tour à tour attester la réalité de riiypothèse atomique; mais ces nombres laissent flotter une large incertitude sur la valeur exacte de la masse moléculaire de Tazote. Or, Fétude des émulsions fournit une nouvelle mesure de cette constante; elle donne son rapport à la masse des grains de gomme-

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gutte ou de mastic, soit 208 millions dans Texemple que nous avons cité ; il suffit donc de mesurer le poids apparent de chaque grain d'émulsion et de déterminer la loi de répartition des grains dans Fémulsion, suivant la hauteur ; or chacune de ces mesures est susceptible d'une précision presque illimitée ; M. Perrin, dans sa série la plus soignée d'expériences, a établi ses moyennes par l'observation de dix mille grains ; le nombre obtenu, 39,7, est bien d'accord avec ceux que nous avons donnés ci-dessus, mais il est beaucoup plus précis; on peut garantir son exactitude à une unité près ; le jour où Ton aura la persévérance de dénombrer cent mille grains, on aura une précision décuple, c'est-àdire que la molécule d'azote sera connue avec une erreur moindre qu'un quatre centième de sa valeur. Une telle précision, obtenue dans la mesure d'une grandeur si extraordinairement petite, n'est-elle pas une des choses les plus merveilleuses de la physique î Et qu'aurait pensé Voltaire de ce résultat, lui qui accusait déjà les physiciens de son temps de « peser des œufs de mouche dans des balances en toile d'araignée » ?

Le mouvement brownien n'est pas limité aux

particules les plus petites qu'on puisse observer au microscope; avec un peu de soin et de patience, on peut le retrouver dans des corps beaucoup plus gros. M. Perrin a pu préparer des grains sphériques de gomme-gutte ou de mastic, de diamètre compris entre dix et cinquante microns, en faisant arriver lentement, au moyen d'un entonnoir à pointe effilée, de l'eau pure dans une solution alcoolique de ces substances; les globules de résine se forment dans la zone trouble qui sépare les deux liquides ; et il suffit, pour les classer par ordre de calibre, de les jeter dans un bac plein d'eau, où ils tombent d'autant plus vite qu'ils sont plus gros.

Il ne saurait plus être question de mettre ces particules en suspension dans l'eau, puisqu'elles tomberaient de suite au fond et s'immobiliseraient contre les parois, mais on peut les placer dans une solution d'urée, ayant même densité qu'elles, où elles flottent librement; on peut alors suivre au microscope leurs déplacements et constater que ces mouvements obéissent aux lois posées par la théorie cinétique. En voici un exemple : les molécules ne possèdent pas seulement des mouvements de translation, auxquels correspond une certaine énergie moyenne de

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translation ; par suite des chocs, généralement obliques, qu'elles s'inflig-ent mutuellement, elles doivent tourner sur elles-mêmes et l'ensemble de ces rotations, infiniment variées, donne à la masse gazeuse une certaine énergie moyenne ; or Fanalyse mathématique du phénomène, effectuée par Einstein et d'autres mathématiciens éminents, a conduit à conclure que ces deux énergies de rotation et de translation devaient être égales. Voilà une conclusion, fort importante pour la théorie cinétique, mais qui ne s'impose pas avec une certitude absolue, car elle n'apparaît qu'après de longs calculs où se glissent nécessairement des hypothèses. Pourtant elle est exacte, et l'étude des grosses sphères de mastic suspendues dans la solution d'urée en a fourni la preuve ; en suivant au microscope les déplacements des particules, on peut évaluer la valeur moyenne de leur énergie de translation ; de même à la faveur d'irrégularités de leur structure, on a pu en étudier le mouvement de rotation et en déduire l'énergie moyenne correspondante ; or l'égalité de ces deux grandeurs s'est trouvée vérifiée à quelques centièmes près. On est fondé, d'après cela, à affirmer que l'agitation moléculaire agit sur tous les corps. Ainsi, le calcul indique qu'une bille d'acier d'un

millimètre de diamètre, plongée dans l'eau, éprouve, par suite des chocs moléculaires, des déplacements dont l'amplitude est voisine d'un micron par seconde ; de tels mouvements ne paraissent pas inaccessibles aux procédés d'observation délicats dont on dispose actuellement ; ajoutons que le calcul ne donne qu'une valeur moyenne, et qu'il peut se produire des déplacements beaucoup plus grands, voire même visibles à l'œil nu ; mais ils seront d'autant plus rares qu'ils seront plus différents de la valeur de moyenne; il est possible qu'un déplacement visible à l'œil nu ne se produise qu'une fois dans un million d'années ; il faudra, pour l'obtenir, que le hasard, qui fait sortir tour à tour toutes les combinaisons, ait coordonné les chocs moléculaires de telle façon qu'ils se produisent presque tous d'un seul côté de la bille. Ainsi, on nous dirait qu'une bille d'acier, au repos dans une assiette, a été vue sautant en l'air, brusquement et sans l'intervention d'aucune cause extérieure, que nous n'aurions pas à crier au miracle ; c'est au contraire un phénomène qui se produira nécessairement, un jour ou l'autre ; celui qui l'observera n'aura pas besoin, pour l'expliquer, de penser aux phénomènes de lévitation ni aux forces psychiques.

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Mais tous ces résultats, pour bien établis qu ils soient, soulèvent à leur tour de nouvelles difficultés ; la science ne résoud un problème qu'en en posant de nouveaux. L'agitation moléculaire est spontanée et éternelle ; on connaît des cristaux de quartz dont l'intérieur est creusé de cavités très petites, sortes de cristaux en creux, remplis d'acide carbonique liquide ; au sein du liquide, on distingue au microscope une petite bulle gazeuse, sans cesse remuée par le mouvement brownien : voilà donc une agitation qui dure depuis que cette bulle a été enfermée dans sa prison de quartz, sans doute depuis des millions d'années. De même, dans le monde de Tinfiniment grand, les astres ne connaissent pas le repos et notre esprit peut admettre, sans absurdité, que leurs évolutions continueront éternellement. La nature nous présente donc, dans ses éléments les plus petits comme dans les plus grands, le mouvement perpétuel, dont la vaine recherche n'occupe plus aujourd'hui que les cerveaux malades. Comment donc concilier tout cela, et expliquer que la loi du monde des atomes etdu monde des astres cesse de s'appliquer aux milieux intermédiaires?

Le physicien peut toujours se dérober en déclarant que les mots « éternel ))et « perpétuel»

n'ont aucun sens dans les sciences d'observation ; mais de grands esprits n'ont pas employé ce détour. Maxwell imagine un récipient plein de gaz et séparé en deux compartiments A et B par une cloison percée d'un trou juste assez grand pour laisser passer une molécule; un démontres agile ouvre et ferme ce trou à l'aide d'une trappe de façon à laisser passer toutes les molécules qui vont de A vers B et à interdire le passage à celles qui vont en sens inverse; ainsi, par le seul jeu d'un mécanisme intérieur qui ne consomme aucun travail si la trappe est parfaitement mobile, les molécules s'accumulent dans B et se raréfient dans A; on peut utiliser la différence de pression qui en résulte pour déplacer un piston dans un cylindre et produire gratuitement du travail.

Le démon de Maxw^ell a le tort de ne pas exister, mais l'étude du mouvement brownien montre que sa présence n'est pas indispensable : une petite paroi très mobile plongée dans un fluide reçoit des molécules ambiantes des chocs qui ne s'équilibrent jamais rigoureusement, de sorte qu'elle oscille autour de sa position moyenne ; on ne voit pas ce qui empêcherait, théoriquement^ d'employer ces déplacements pour effectuer un travail mécanique comme on a utilisé, en Californie, l'agitation incessante de la mer à l'aide

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de flotteurs reliés à un mécanisme approprié; on ne voit pas non plus pour quelle raison, autre que l'usure inévitable, Tappareil cesserait jamais de fonctionner; tout ce qu'on peut dire avec M. Perrin, c'est qu'il serait imprudent de compter sur le mouvement brownien pour élever les pierres destinées à bâtir une maison.

L'impossibilité du mouvement perpétuel subsiste pourtant comme vérité pratique : nous ne pouvons réaliser aucune machine capable de marcher indéfiniment sans emprunter de Ténergie à l'extérieur, parce que nous sommes hors d'état d'obtenir ce que la nature a pourtant réalisé dans le monde des atomes et dans celui des astres : un mouvement qui ne soit usé par aucun frottement ; et, d'autre part, nous n'entrevoyons aucun moyen pratique de capter les énergies, pourtant énormes, des mouvements atomiques*; les inventeurs agiront donc sagement en ne s^acharnant pas à résoudre un problème qui ne leur apportera que des déboires.

1. On a cru un moment que la chaleur dégagée par le radium provenait de l'énergie captée dans le milieu ambiant et que le radium réalisait ainsi le problème du mouvement perpétuel, puisque cette chaleur pouvait, à son tour, être utilisée pour produire du mouvement; mais on sait aujourd'hui que cette émission calorifique n"est pas éternelle et qu'elle est liée à la désintégration du radium, c'est-à-dire à sa transformation en émanation, puis en hélium.

o8 LA MATIÈRE ET SES TRANSFORMATIONS

Il n'en est pas moins vrai que Fimpossibilité du mouvement perpétuel est déchue du rang de vérité absolue où notre science imparfaite l'avait élevé ; elle a eu le sort de beaucoup d'autres principes, proclamés à grand fracas comme les assises immuables de la raison et qui ne sont que des règles empiriques, un peu plus générales que les autres, applicables à la petite partie du monde que nous connaissons.

L'ETAT colloïdal ET LA VIE

Dans un vase que divise en deux compartiments une cloison de parchemin, versez d'un côté de l'eau pure et de Tautre un liquide extrait des milieux vivants, sécrétion animale, jus de plante ou de fruit. Parmi les produits contenus dans ce liquide, les uns passent, à travers la cloison, dans l'eau où ils se dissoh^ent ; les autres restent surplace. Au bout de quelques jours, la séparation est achevée. L'eau s'est chargée d'une série de composés chimiques, qui, tous, sont bien détînis, de composition fixe et capable de cristalliser : de là le nom générique de cristalloïdes, sous lequel ils ont été désignés, il y a plus d'un demi-siècle, par le chimiste anglais Graham, inventeur du procédé. De Fautre côté du parchemin, sont restés les colloïdes, corps complexes, mal définis, incristallisables.

Cette méthode de dy alise, apparue à l'aurore de la chimie organique, obtintun vif succès parce

qu'elle fournissait aux chimistes un moyen expéditif pour extraire d'un milieu vivant les corps capables de les intéresser ; quant aux colloïdes, comme on était hors d'état de les séparer et de les soumettre aux méthodes de la chimie minérale, il n'y avait qu'à les jeter. Seul Graham, plus perspicace, eut l'idée de regarder de près ces corps si dédaignés, et c'est à lui que nous devons les premières notions sur leurs propriétés et leur structure.

Aujourd'hui, les produits chimiquement définis, préparés dans le « laboratoire de la nature », sont presque tous catalogués et étudiés ; leur nombre, en y ajoutant leurs dérivés, dépasse certainement cinquante mille ; la moisson n'est pas loin d'être achevée. Le moment est venu de regarder, comme Graham, de l'autre côté de la cloison et d'étudier, avec tous les moyens dont dispose la science moderne, ces mystérieux colloïdes qui paraissent être les agents effectifs de la vie, tandis que les cristalloïdes n'en sont que les déchets ou les aliments. La tâche est pleine de difficultés ; c'est pourquoi les résultats acquis par un demi-siècle d'efforts tiennent dans le creux de la main ; ils valent pourtant d'être connus.

l'état colloïdal et la vie 63

On peut d'abord se rendre compte que la membrane du parchemin dyaliseur joue, en gros, le rôle physique d'un crible qui, laissant passer les molécules, arrête les agrégats de plus grande dimension ; les uns comme les autres sont mobiles au sein du liquide ; l'étude du mouvement brownien les montre en proie à une agitation incessante, de sorte que, si rien ne les arrête, ils se répandent uniformément dans tout le liquide ; c'est la propriété qu'on désigne sous le nom de diffusion.

Mais les molécules sont les plus petites et les plus agiles ; elles diffusent rapidement, tandis que les agrégats plus lourds se déplacent avec lenteur. Des ablettes, dans un vivier séparé en deux compartiments par une toile métallique à larges mailles, se répandront uniformément dans toute rétendue du bassin; de gros poissons restent dans le compartiment oii on les a introduits. De même, Jes agrégats, qui sont des milliers de fois plus gros que les molécules, ne franchissent pas la membrane du dyaliseur parce qu'ils n'arrivent pas à se faufiler par les trous dont elle est percée. En tout cas, la lenteur de leur

diffusion n'en laisse passer qu'un petit nombre, tandis que les molécules y cheminent aussi aisément qu'une souris par une porte cochëre. Si donc le second récipient du dyaliseur a de grandes dimensions ou, ce qui revient au même, si on y renouvelle l'eau à plusieurs reprises, toutes les molécules franchiront la cloison et le premier compartiment ne contiendra plus que les colloïdes.

On se trouve alors en présence d'un produit complexe qu'on souhaiterait de séparer en ses divers éléments, afin d'étudier chacun d'eux. Mais l'opération n'est pas simple, et il n'est même pas certain qu'elle ait un sens. Rien ne nous prouve que les colloïdes, même les plus homogènes, en apparence, comme l'albumine, soient des espèces chimiquement définies. Il existe un nombre infini d'albumines, dont les formules chimiques et les propriétés oscillent autour d'une valeur moyenne : le blanc de l'œuf de poule n'a pas exactement les mêmes propriétés que celui de l'œuf de canard et il n'est même pas dit que deux œufs de poule fournissent des produits identiques. Inversement, la même composition chimique approximative C^H^^O' appartient à des colloïdes qu'il est impossible de confondre, comme la caséine, la gélatine et l'ai-

bumine. Il est impossible d'engager un colloïde dans une combinaison chimique qui permette de l'isoler et d'oii Ton puisse ensuite le retirer à Tétat pur. Ainsi la chimie ne nous permet, ni de définir un colloïde, ni de le séparer des autres corps de même nature avec lesquels il peut se trouver mélangé.

Force nous est donc d'envisager le problème par son côté physique. Le colloïde est, pour nous, formé d'agrégats de molécules, qu'on désigne sous le nom de granules, et qui sont en suspension dans un liquide. Parmi ces agrégats, il en est de relativement gros, dont le diamètre, avoisinant le micron (ou millième de millimètre), permet l'observation directe au microscope; d'autres sont plus petits et ne peuvent être distingués que par l'éclairage latéral de l'ultramicroscopie ; il en est enfin dont le diamètre est inférieur à quelques millimicrons et qui échappent à toute observation ; on les appelle pour cette raison amicroscopiqiies ; pourtant, leur existence est certaine, puisque les liquides qui les contiennent jouissent des mêmes propriétés générales que les colloïdes bien définis.

La plus visible de ces propriétés résulte directement de la structure granulaire des milieux colloïdaux : c'est de diffuser la lumière. Un rayon

lumineux, qui traverse un liquide pur n'éprouve aucune dissémination latérale ; aussi n'est-il visible que si on place Fœil dans son prolongement. Un liquide qui renferme en abondance des grains très petits, devient opalescent; le rayon lumineux est diffusé, chemin faisant, dans toutes les directions. Avec des granules excessivement petits, cette diffusion agissant plus fortement sur les rayons bleus que sur les rayons rouges, Fœil reçoit une lumière jaunâtre ou orangée, lorsqu'il se place dans la direction de la lumière incidente, nuancée de bleu ou de vert, lorsqu'il observe latéralement. Ce phénomène, dont l'explication est due à Tyndall et à Lord Rayleigh, permet, d'après la nature de la lumière diffusée, d'évaluer la dimension des grains qui produisent l'opalescence.

En même temps, la lumière rejetée latéralement subit une autre modification : elle est polarisée, c'est-à-dire qu'elle vibre dans un plan bien déterminé, tandis que les vibrations de la lumière naturelle sont orientées dans tous les azimuths.

Nous sommes ainsi en possession d'un double caractère, qui nous permet de reconnaître dans un Hquide l'existence de particules très petites ; ce procédé s'applique aux colloïdes; tous, même

ceux qui ne laissent rien voir à rultramicroscopie, possèdent Topalescence et polarisent la lumière diffusée latéralement.

Bien que la chimie nous refuse tout moyen d'action sur ces milieux à structure granulaire, nous ne sommes pourtant pas complètement désarmés. Après avoir éliminé par dyalise tous les éléments cristallisables, on peut étendre le colloïde par addition de divers liquides. On peut inversement éliminer une partie du liquide intergranulaire, soit par fîltration à travers une bougie de porcelaine à pâte serrée, soit par évaporation, soit, ce qui est beaucoup plus pratique, par fîltration à travers une membrane de coUodion. Mais cette soustraction de liquide ne peut pas être poussée trop loin sans produire dans le colloïde une altération profonde et définitive, dont nous parlerons tout à Theure, et qui est la coagulation.

Il y aurait bien un troisième mode d'action, qui n'a pas été employé jusqu'ici d'une manière systématique, et qui permettrait peut-être, avec de la patience, d'isoler les éléments d'un colloïde complexe : la centrifugation. On a déjà observé qu'en soumettant des colloïdes à un mouvement de rotation rapide et prolongée, l'action de la force centrifuge accumule à la périphérie les

grains les plus gros. Il faudrait en somme appliquer le procédé déjà utilisé par M. Perrin pour classer les grains de mastic ou de gomme-gutte. Mais comme les granules sont beaucoup plus petits que les grains d'émulsion, l'opération serait plus longue et plus délicate. Menée à bien, elle fournirait un colloïde homogène, c'est-à-dire à granules identiques. Il serait possible alors, en étudiant à différents niveaux la concentration en granule, d'en déduire le poids moléculaire. Mais rien de tout cela n'a été fait.

Il existe pourtant un moyen de tourner la difficulté et de préparer de toutes pièces, avec des matériaux bien définis, des colloïdes de synthèse qui présentent toutes les propriétés des colloïdes naturels. Cette importante découverte est encore due à Graham.

Si on mélange, dans le vase intérieur du dyaliseur, deux solutions étendues. Tune de silicate de soude, l'autre d'acide chlorhydrique, leur réaction donne du chlorure de sodium, ou sel marin, et de la silice hydratée. Le sel marin s'élimine peu à peu, ainsi que l'excès d'acide chlorhydrique, à travers la membrane de parchemin ; la silice reste seule dans le vase intérieur, en suspension dans le liquide sous forme

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d'agrégats séparés, semblables aux granules : Tensemble forme un liquide légèrement visqueux et opalin; c'est la silice colloïdale.

La méthode peut être généralisée. Elle réussit pour les acides stannique ou tungstique ; on a obtenu, de même, à l'état colloïdal, des oxydes de fer, d'aluminium, de chrome, etc., des sulfures, des sels, sulfates, chromâtes, ferrocyanures. Bien entendu, le liquide doit être tel que le granule y soit insoluble ; ainsi, le sel marin peut être obtenu en suspension colloïdale dans la benzine ou le toluène ; mais il ne peut exister dans Teau qu'à Fétat de véritable dissolution.

Aussitôt qu'on eut réalisé des colloïdes artificiels, on s'empressa de les étudier chimiquement, dans l'espoir que leur formule donnerait la clef de leurs curieuses propriétés. Là encore, on a rencontré l'inextricable. Le granule d'oxyde de fer colloïdal aurait pour formule :

Fe6oo 0*^8,3 (0H)8" Cl« 6HG1.

Celui du ferrocyanure de cuivre colloïdal pourrait être représenté par diverses formules dont la plus simple est :

(Fe GAz)3^9 Gu'^s rso.

Il n'y a rien à tirer de pareils algorithmes.

qui d'ailleurs ne sont qu'approximatifs. Pas plus que le colloïde naturel, le colloïde artificiel n'est un produit chimiquement défini ; tous ces produits n'ont pas une propriété chimique en commun. En revanche, l'état colloïdal est un état physique bien défini, c'est-à-dire une forme d'équilibre sous laquelle tous les corps sont susceptibles d'apparaître, quelle que soit leur composition. Ce qui le prouve mieux encore, c'est que les corps simples eux-mêmes peuvent être amenés à cette forme.

On sait depuis longtemps que, lorsqu'un sel d'or est traité par un réducteur à action lente, comme une solution de phosphore dans l'éther, le métal libre reste en suspension dans la liqueur, qu'il colore des nuances les plus variées, rose, pourpre, violette, suivant la grosseur et peut-être la forme des particules métalliques. Cette propriété avait été utilisée depuis longtemps pour la préparation des laques, qui ne sont que des colloïdes coagulés. Mais un procédé infiniment plus simple a été imaginé, il y a quelque vingt années, par Bredig. Si on fait jaillir un arc électrique entre deux fils d'argent plongés dans de l'eau refroidie extérieurement par de la glace, on voit se former autour du fil négatif un nuage de particules métalliques qui se répandent dans

l'ktat colloïdal et la vie 1\

Je liquide en le colorant. Ce liquide, abandonné à lui-même pendant plusieurs jours, laisse d'abord déposer les particules les plus grosses : il se conserve ensuite indéfiniment sans altération. Sa couleur varie du jaune au vert olive ou au rouge brun. Observé à l'ultramicroscope, il paraît rempli par une multitude de grains séparés qu'agite vivement le mouvement brownien et dont les dimensions sont voisines de cinquante millimicrons (ou millionièmes de millimètre). Ces grains sont bien de Targent, comme on peut s'en assurer en desséchant la liqueur et en faisant l'analyse du résidu.

La méthode de Bredig s'applique à presque tous les métaux et à quelques métalloïdes. En changeant la nature du liquide dans lequel se fait la pulvérisation, en substituant à l'eau divers alcools, Téther, le pétrole, on obtient des centaines de colloïdes de synthèse, dans lesquels l'état colloïdal apparaît avec une simplicité schématique. Or tous ces^corps, si dissemblables chimiquement, ont pourtant un ensemble de propriétés communes ; la biologie et la médecine viennent nous en apporter des preuves imprévues.

Bredig a constaté que les métaux pulvérisés possèdent les propriétés générales des diastases,

qui sont, elles aussi, des colloïdes : elles peuvent, à dose infinitésimale, déterminer certaines réactions, comme la décomposition de Teau oxygénée. Or, à ce point de vue, elles sont toutes équivalentes ; peu importe qu'on emploie de l'argent ou du platine ; c'est toujours Tétat colloïdal qui agit. De même encore, on sait que la médecine utilise avec succès, dans certaines affections graves, Targent colloïdal en injections hypodermiques. Ce remède a pris, sous les noms de collargol et d'électrargol, une vogue qui paraît justifiée. Or, l'expérience montre que la nature du métal injecté importe peu : là encore, ce n'est pas l'agent chimique, c'est l'état physique qui intervient et qui donne une poussée favorahle à l'organisme malade.

L'état colloïdal est, comme les états liquide, gazeux et solide, une forme générale d'équilibre de la matière; mais la définition que nous en avons donnée est insuffisante, puisqu'elle revient à définir le colloïde par les granules et les granules par le colloïde. Il nous faut préciser en indiquant un groupe de propriétés qui s'appliquent au seul défini.

La première et la plus frappante de ces propriétés est la coagulation. Un milieu colloïdal peut exister sous deux états différents, que Graham désigne par les noms de sol et de gel. Un sol n'est pas tout à fait un liquide, puisqu'il contient des granules solides ; mais il en a les propriétés d'ensemble. Un gel n'est pas non plus un solide parfait, c'est une sorte de gelée, plus ou moins consistante suivant la proportion des granules au liquide.

Le passage du sol au gel peut se faire sous l'action de causes très diverses ; le plus souvent, la chaleur seule suffit. C'est elle qui transforme, entre 53 et 7o degrés, l'albumine en blanc d'œuf, et cela sans réaction chimique appréciable à l'analyse; de même, c'est en chauffant le latex colloïdal de certaines lianes qu'on obtient la forme coagulée, qui est le caoutchouc. D'autres fois, l'agent efficace est une diastase, comme la présure, qui coagule, dans le lait, deux cent cinquante mille fois son poids de caséine. D'autres fois encore le coagulant est l'alcool, ou des sels, des acides ou des bases ; et ici nous apercevons le principe d'une méthode qui permettra peutêtre de dissocier un colloïde complexe en constituants plus simples, comme on sépare, en les refroidissant, des mélanges dont les élé-

ments ont des points de congélation différents.

Toutefois, il y a une grande différence entre la gélification d'un colloïde et les changements d'état qu'on étudie en physique. Ceux-ci sont réversibles, c'est-à-dire que le corps solidifié par refroidissement se liquéfie de nouveau quand on le réchauffe. Un sol coagulé l'est définitivement; il ne peut plus être ramené, par la voie inverse, à son état primitif.

Les physiciens ont cherché, comme il était naturel, à étudier le mécanisme de la coagulation par l'observation ultramicroscopique. Voici comment MM. Cotton et Mouton décrivent les apparences observées avec l'argent de Bredig :

Si on fait diffuser lentement dans ce corps une petite quantité d'une solution d'alun, on voit peu à peu, à l'ultramicroscope, l'aspect du liquide se modifier. Au lieu de points isolés, absolument indépendants, on y voit, au début, des groupes, composés seulement de deux ou trois points qui sont évidemment solidaires les uns des autres. Si l'on attend quelque temps, le nombre des amas ainsi formés va en augmentant en même temps qu'il se forme des groupes composés d'éléments plus nombreux, ou des sortes de chapelets. Quand on observe avec un peu de patience, on peut même saisir directement l'instant où un grain vient se fixer sur un amas déjà formé, dont il fera désormais partie.

De plus, les grains réunis dans l'amas floconneux du coagulum ne se touchent pas et conser-

l'état colloïdal et la vie 75

vent, au moins au début, une certaine indépendance, comme on peut s'en rendre compte par les mouvements browniens qui persistent encore, bien qu'affaiblis, et qui ne sont pas identiques pour les différents grains. Ces observations ne nous apprennent rien sur la cause qui détermine la coagulation. Mais nous allons trouver au moins un embryon d'explication dans l'étude d'une autre propriété des colloïdes, tout aussi caractéristique quoique moins apparente : le transport électrique.

Les colloïdes, lorsqu'ils sont bien dépouillés de tous les sels dissous, ne conduisent pas l'électricité à la manière des solutions salines qui s'électrolysent, c'est-à-dire se décomposent. Sur le porte-objet du microscope, adapté à l'observation ultramicroscopique, plaçons une petite cuve de verre remplie du colloïde à étudier, aux extrémités de laquelle aboutissent deux lames de platine reliées à des prises de courant. En observant les points brillants que forment les granules, on les voit, dès que le circuit électrique est fermé, se mettre en marche et traverser rapidement le champ de vision ; tous passent dans le même sens, avec des vitesses peu différentes ; vient-on à inverser les pôles du générateur électrique, le sens du mouvement se renverse éga-

lement; on peut même, sans plus de difficultés, opérer avec du courant alternatif; on voit alors les granules, vibrant synchroniquement avec le courant, exécuter les mouvements rapides de vaet-vient suivant les trajectoires parallèles. Ces déplacements n'affectent que des granules, et la masse du liquide reste immobile. Enfin, quand on opère avec des colloïdes bien homogènes, le phénomène est assez régulier pour qu'on puisse le soumettre à des mesures. En étudiant ainsi le transport électrique qu'ils avaient découvert, Linder etPicton constatèrent, en 1893, qu'il est absolument général, mais qu'il se produit, pour certains colloïdes, vers le pôle H- ou anode, et pour les autres, vers le pôle — ou cathode.

Tous ces faits comportent une explication très simple ; ils nous apprennent que les granules ne sont pas électriquement neutres, comme les grains de poussière ordinaire, mais qu'ils portent avec eux des charges électriques. Ceux dont la charge est positive, repoussés par le pôle -fet attirés par le pôle — , se déplacent de l'anode vers la cathode. Tel est le cas des colloïdes « positifs », qui comprennent, outre les oxydes hydratés de fer et d'alumine, l'oxyhémoglobine, le violet et le bleu de méthyle, le rouge de Magdala, la mucine. Inversement, les granules des

colloïdes « négatifs », chargés négativement, se transportent de la cathode vers Tanode; à ce second groupe appartiennent la plupart des métaux colloïdaux, la silice, beaucoup de sels minéraux, Tamidon, l'albumine, la dextrine, le glycogène, la gélatine et les gommes.

Cette existence de charges électriques attachées à chaque granule, comporte un corollaire nécessaire. En effet, le colloïde, pris dans son ensemble, est électriquement neutre, c'est-àdire qu'il ne révèle aucune trace d'électrisation. Il faut donc que les charges électriques des granules soient exactement compensées par des charges, égales et de signe contraire, contenues dans le liquide intergranulaire. On a de fortes raisons dépenser que les charges compensatrices sont localisées au voisinage immédiat des granules. Nous devons donc nous représenter une particule d'argent Bredig, avec sa charge électrique négative, comme entourée d'une couche électrique positive qui la neutralise, sans être liée au granule ; de même, un navire qui se déplace emporte avec lui sa charge matérielle, égalisée à chaque instant par la poussée de l'eau qui l'entoure, sans que ce liquide participe à son mouvement. L'ensemble du granule électrisé et de la couche électrique compensatrice

porte le nom de micelle^ jadis proposé par Naegeli.

Tout nous prouve que les micelles ont une structure très compliquée, que nous commençons à peine à connaître. Le peu que nous savons nous permettra toutefois d'éclairer, d'une lumière à la vérité bien vacillante et bien faible, le phénomène de la coagulation. Les expériences les plus typiques à ce sujet sont dues au physicien américain Hardy.

Hardy prit un colloïde négatif, Falcali-globuline du sérum de bœuf, et la soumit aux rayons a du bromure de radium, qui transportent, comme on sait, des charges électriques positives. Au bout de quelques minutes, la coagulation était réalisée, tandis qu'un colloïde de nature très voisine, mais positif, soumis au même rayonnement, n'était pas coagulé et paraissait même devenir plus limpide. On peut interpréter Texpérience en disant que le colloïde se coagule lorsque ses granules sont déchargés. Cette explication, encore hypothétique, a été confirmée par une expérience complémentaire de M. Victor Henry, qui a réussi à coaguler des colloïdes positifs, oxyde de fer hydraté, rouge de Magdala, violet de méthyle, par les rayons ^ du radium ; ces rayons, à l'inverse des rayons a, transpor-

tent des charges électriques négatives ; des colloïdes négatifs exposés aux mêmes radiations ont conservé toute leur limpidité.

Nous voici donc en possession d'une idée directrice; elle peut être incomplète, elle l'est même certainement ; pourtant elle nous explique d'autres cas de coagulation. Ainsi, c'est un fait d'expérience que, si on mélange deux colloïdes de signes différents, ils se coagulent réciproquement, tandis qu'il n'y a jamais coagulation lorsqu'on mêle deux colloïdes de même signe.

Autre phénomène : on a constaté que les colloïdes négatifs sont coagulés par les acides ; les bases, au contraire, les stabilisent, c'est-à-dire rendent leur gélifîcation plus difficile. Le contraire arrive pour les colloïdes positifs, qui sont coagulés par les bases et stabilisés par les acides. Puisque tous les acides agissent de même, et aussi toutes les bases, nous sommes amenés à nous demander ce qu'il y a de commun dans chacun de ces types chimiques et à attribuer à ce terme commun l'action coagulante.

Dans tous les acides, l'élément commun est rhydrogène H, qui apparaît, dans tous les phénomènes d'électrolyse, comme hé à une charge positive, puisqu'il se transporte sur la cathode. Dans les bases, au contraire, apparaît le grou-

pement OH, qui est lié d'une façon analogue à une charge électrique négative. Dès lors, tout s'explique naturellement : les acides coagulent les colloïdes négatifs, en leur apportant des charges positives, capables de neutraliser les granules ; les bases, au contraire, en renforçant la charge positive du colloïde, ne peuvent que le rendre plus stable, puisqu'elles accroissent la charge négative nécessaire pour réaliser la coagulation.

Il resterait maintenant à expliquer la coagulation par la chaleur. Ici les choses sont beaucoup moins claires : il est possible que la chaleur agisse en dissociant les sels qui existent toujours mélangés aux colloïdes naturels, de façon à déterminer Tapparition d'ions électrisés, qui détermineraient à leur tour la gélification ; mais ceci n'est qu'une hypothèse.

J'ai eu Foccasion de donner à ces idées une confirmation et une extension nouvelles : lorsqu'on fait passer la décharge électrique dans un récipient qui contient un gaz à une pression très réduite (moins d'un dix-millième d'atmosphère), la cathode métallique projette autour d'elle sa propre substance, qui vient se déposer en couche miroitante sur les parois internes du vase. Or, j'ai pu établir que ces éléments matériels, for-

mes autour d'une charge négative que fournit également la cathode, possèdent les dimensions et les propriétés générales des granules négatifs, de telle sorte que l'intérieur du récipient constitue une sorte de colloïde gazeux. Le dépôt qui s'effectue sur les parois intérieures a tous les caractères d'une coagulation, et cette coagulation est encore déterminée par la décharge des granules, car elle se produit sur toutes les parois électrisées positivement, tandis qu'elle refuse de se faire sur les parois négatives. Les mêmes règles reçoivent donc leur application dans un cas nouveau et, en apparence, assez différent des précédents.

Telles sont, en gros, nos connaissances sur les colloïdes. Le sujet, on le voit, est loin d'être épuisé. Ce qui fait sa grande importance, c'est que tout être vivant est formé de colloïdes liquides ou coagulés. Le suc cellulaire, une partie de la sève et du latex des végétaux, le sang, le lait, toutes les humeurs des animaux sont à structure colloïdale ; les gels forment la paroi des cellules, l'amidon, Tosséine, et toute la partie solide des tissus vivants. Ainsi, bien que l'état colloïdal ne soit pas spécifique de la

vie, puisqu'il existe des colloïdes minéraux, il doit être spécialement adapté aux multiples fonctions vitales.

En premier lieu, le colloïde est plastique. Il a une souplesse qui lui permet de se déformer sans se rompre, et grâce à laquelle la machine vivante est construite sur un plan tout différent de nos mécanismes industriels. Ceux-ci n'utilisent qu'exceptionnellement les matériaux déformables, comme le cuir ou le caoutchouc; ils sont constitués de parties solides, rigides, qui se meuvent tout d'une pièce par glissement ou par rotation autour d'un axe. Dans les êtres vivants, au contraire, les mouvements sont produits par extension ou par contraction d'un tissu élastique. L'hélice du navire et la nageoire caudale du poisson représentent ces deux solutions différentes d'un même problème. Mais la nature n'a pas le choix entre elles ; la seconde lui est imposée par la loi de nutrition qui exige la continuité des tissus. Ainsi tout se lient, et nous ne pouvons pas concevoir une partie, si petite qu'elle soit, d'un être vivant, qui ne soit constituée d'un assemblage de colloïdes liquides ou coagulés; ou alors cette partie est un déchet, un calcul dans le foie, ou une pierre dans la vessie.

Une seconde qualité, tout aussi précieuse, du

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colloïde est l'insolubilité des granules, non pas seulement approximative, mais absolue. Beaucoup de corps sont regardés couramment comme insolubles, qui abandonnent cependant une part de leur substance au liquide ambiant. Si les granules étaient dans ce cas, ils ne tarderaient pas à disparaître dans le milieu intermicellaire. Considérons, par exemple, une solution d'or colloïdal contenant, par millimètre cube, un milliard de granules, d'un diamètre moyen de quinze millicrons et que nous supposerons sphériques pour plus de simplicité. Un milligramme de métal sera contenu dans trente centimètres cubes de cette solution, c'est-à-dire dans un volume de liquide six cent mille fois supérieur au sien, et la surface développée de ce milligramme d'or atteindra deux cents centimètres carrés. Dans ces conditions et avec une telle surface, on conçoit que, si l'or avait une solubilité quelconque, il passerait rapidement à l'état dissous.

La même remarque s'applique aux tissus vivants. Les cellules ne vivent qu'à condition d'être parcourues par un flux liquide, incessamment renouvelé. Elles fondraient comme du sucre dans l'eau si leur paroi, formée d'un colloïde coagulé, et les micelles intérieures n'étaient

pas rigoureusement insolubles. On peut donner en exemple une expérience de Trenkmann, dans laquelle les bacilles de la tuberculose, ensemencés au nombre de seize cents par centimètre cube, se sont maintenus en vie. Dans cette expérience, chaque gramme de matière vivante présentait une surface développée de dix mètres carrés (en ne tenant compte que du contour apparent des cellules) et était plongé dans dix mètres cubes d'eau.

On peut remarquer encore combien cet énorme développement superficiel est favorable aux échanges qui constituent la vie. Le colloïde idéal, formé d'eau pure et de micelles suspendues, n'est pas celui qu'on rencontre dans l'être vivant. Celui-ci est mélangé de cristalloïdes, dont les uns servent d'aliments et les autres forment des déchets. L'atmosphère doit parvenir au plus profond de cet être et agir, tantôt par son oxygène, tantôt par son acide carbonique, d'autres fois encore par son azote. Tous ces échanges s'effectuent, dans l'être vivant, avec une rapidité qui tient évidemment à leur structure micellaire et à l'étendue de leur surface.

Il y a encore autre chose : les membranes gélifiées des colloïdes possèdent une propriété

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qu'on ne retrouve dans aucune substance ; elles sont semi-perméables, c'est-à-dire capables d'effectuer un triage entre les corps qu'elles laissent passer et ceux qu'elles arrêtent au passage ; et elles manifestent cette propriété avec une diversité presque infinie. Le cas le plus général et le plus simple est celui où la paroi de la cellule agit comme la membrane de parchemin (qui est aussi un colloïde coagulé) du dialyseur, en laissant passer Teau et les solutions salines et en arrêtant les micelles. Cette constitution est évidemment imposée par les conditions de vie des cellules qui doivent empêcher leurs micelles d'aller dans le milieu extérieur, admettre des aliments et éliminer les déchets. Mais il y a mille degrés dans la perméabilité des membranes : les unes ne se laissent traverser que par Teau et interdisent le passage même aux molécules cristallines comme le sucre. D'autres choisissent les molécules auxquelles elles ouvrent la porte : les cellules des poils absorbants des racines ne laissent pas entrer, pêle-mêle, tous les sucs de la terre; si on analyse les sèves brutes de divers végétaux poussés côte à côte dans le même terrain, on leur trouve des compositions différentes. Et ces propriétés sélectives de chaque membrane peu-

vent être modifiées profondément dans certains cas : les parois de la betterave vivante sont imperméables au sucre, sans quoi la racine abandonnerait ce produit à Teau de pluie ou à celle du sol; mais, quand la plante est morte, ses parois cessent de retenir le sucre, et c'est sur cette propriété qu'est fondé le traitement industriel des sucreries. Les membranes du rein sont normalement imperméables au glucose et à Talbumine contenus dans le sang, elles ne se laissent traverser que lorsqu'elles ont subi les altérations causées par le diabète ou l'albuminurie.

Ce n'est pas demain qu'on expliquera tous ces faits. Évidemment, on pensera à imaginer, à l'intérieur des cloisons semi-perméables, des pertuis de formes appropriées à celles des molécules qu'elles admettent. Mais il n'est pas probable que les membranes agissent d'une façon aussi simple et par un triage purement mécanique. Au xviii^ siècle, on n'eût pas manqué de dire : c'est simple, donc c'est vrai. Aujourd'hui, mieux avertis de la complication des phénomènes naturels, surtout dans les milieux vivants, nous sommes tentés de penser, au contraire, qu'une telle explication est trop simple pour être exacte.

Les manuels du baccalauréat, qui simplifient les choses et qui ont bien raison de le faire, nous apprennent qu'il existe deux sortes de matière, amorphe et cristallisée ; les cristaux sont des solides limités par des faces planes, et tout ce qui n'est pas cristallisé est amorphe ; mais la réalité est autrement plus compliquée et il existe, entre les deux types extrêmes décrits par les manuels, une variété infinie de formes intermédiaires. Yoici par exemple un morceau de quartz ; si nous l'examinons au microscope, nous y reconnaîtrons des cavités remplies d'un liquide qui est ordinairement de Facide carbonique ; ces cavités ont la forme d'un cristal ; bien entendu, nous ignorons par quel artifice la nature a pu réaliser ce cristal négatif et le remplir d'un gaz liquéfié, mais nous voyons déjà avec quelle aisance elle varie ses effets et développe un thème général. Une autre anoma-

lie, bien connue, nous est offerte par le diamant: brut, mais dégagé de sa gangue, Je diamant présente des faces convexes ; par suite ses arêtes, qui sont les intersections de ces faces, sont également courbées ; c'est d'ailleurs à cette courbure, autant qu'à sa dureté, que le diamant doit son emploi à la taille du verre.

Prenons maintenant un cristal quelconque, par exemple un octaèdre d'alun et taillons-le, à la lime ou au couteau, en forme de sphère ; si nous plongeons cette sphère dans une solution concentrée d'alun, elle s'y nourrit peu à peu et grossit en régénérant l'octaèdre primitif; de même un grain d'alun, si petit qu'il soit, pourvu qu'il provienne d'un cristal, peut servir de germe à une cristallisation lorsqu'on le plonge dans une solution sursaturée. Ceci prouve bien que, si l'état cristallin est révélé par l'existence de facettes, il peut aussi exister sans elles et dans une matière d'apparence amorphe; il est dû au mode d'arrangement des molécules et peut se manifester tantôt par l'existence de clivages, tantôt par les variations de l'élasticité et de la dilatation suivant les directions, tantôt par la biréfringence, qui est la propriété de dédoubler un rayon lumineux. C'est seulement lorsque tous ces caractères sont absents, c'est-à-dire

lorsque la matière a la même constitution dans toutes les directions, qu'on a affaire à un corps réellement amorphe. Or, on admettait jusqu'ici que les liquides devaient à leur mobilité une structure parfaitement homogène qui les condamnait à l'état amorphe ; mais un physicien allemand, M. Otto Lehmann, nous a montré récemment que notre erreur était grande et qu'il existait des cristaux très bien définis, quoique entièrement liquides.

Lorsqu'on observe au microscope une solution alcoolique d'oléate d'ammoniaque, qui refroidit lentement, on voit apparaître des cristaux transparents qui ont la forme de deux pyramides allongées accolées par leurs bases; ils sont très biréfringents et présentent par suite tous les caractères qui définissent l'état cristallin, mais ils sont parfaitement liquides, comme le milieu qui les entoure et dont ils se sont séparés par refroidissement ; en agitant la liqueur, on les voit se déformer en se déplaçant et se courber pour franchir le moindre obstacle, grain de poussière ou bulle d'air. On peut même les étirer en une longue bande ; ils reprennent leur forme en même temps que leur liberté. Coupons en deux un de ces cristaux ; les deux moitiés se régénèrent aussitôt, de nouvelles pyramides se

développent, aux dépens de la matiëre inférieure, sur les plaies sectionnées, et le cristal primitif donne finalement deux cristaux séparés et complets. Inversement, approchons deux cristaux jusqu'au contact; nous les verrons se pénétrer peu à peu et se fondre en un seul, semblable aux constituants. Il y a pourtant une exception curieuse : si les cristaux qui s'abordent se rencontrent presque à angle droit, ils fusionnent encore, mais en se mettant en croix l'un sur l'autre de façon à former ce que les minéralogistes appellent une macle.

L'oléate d'ammoniaque n'est pas seul à former des cristaux liquides ; beaucoup d'autres corps sont dans le même cas : on peut par conséquent, en associant ces corps dans un même dissolvant, les faire cristalliser côte à côte. Supposons maintenant que deux de ces cristaux, de nature différente, viennent en contact ; on les voit aussitôt se réunir en un seul cristal, mais sans se mélanger; le corps quia la plus forte tension superficielle forme le noyau du cristal mixte et l'autre se répand h sa surface et le recouvre en prenant la forme cristalline qui lui est propre.

On voit l'intérêt de ces constatations; le cristal solide est une masse rigide dont on ne peut faire jouer les articulations sans la disloquer et

la détruire ; aussi est-il impossible d'y observer le mode de liaison des éléments. Au contraire, un cristal liquide est quelque chose de vivant ; à le voir se déformer et se reconstituer, on se rend compte qu'il n'est pas formé uniquement d'un empilement de particules polyédriques, mais que des forces agissent dans sa masse ; ces forces ne peuvent pas être, comme dans la matière amorphe, dirigées de molécule à molécule, car de telles forces donnent comme figures d'équilibre, des sphères, des gouttes ou les diverses surfaces courbes qu'on observe en capillarité; M. Lehmann arrive donc à conclure que ce qui caractérise vraiment l'état cristallin, c'est l'existence de forces de rotation, c'est-àdire de couples. Cette manière de voir explique bien des choses ; dans la masse cristalline, il y a, pour ainsi dire, concurrence entre les forces de rotation et les attractions moléculaires; si les premières prédominent, il se produit un véritable cristal, au sens courant du mot; si les secondes l'emportent nettement, on a un corps, amorphe en apparence, mais qui présente la structure interne des milieux cristallisés ; enfin si ces deux groupes d'actions s'équilibrent, on observe des formes intermédiaires. Ceci va s'éclairer par quelques exemples.

Quand on chauffe un liquide organique, le paraazoxyanisol, on obtient, après une fusion très nette, un liquide trouble ; ce trouble est dû à des gouttelettes liquides et sphériques qui flottent dans la liqueur, absolument comme des gouttes d'huile dans un liquide de même densité ; mais elles sont loin d'être amorphes ; on peut aisément s'en rendre compte par des méthodes optiques qui permettent en quelque sorte d'en faire l'anatomie ; la matière est distribuée dans ces gouttes de paraazoxyanisol, non pas au hasard, mais suivant des cercles parallèles enfilés sur un diamètre qui forme Taxe de symétrie ; si maintenant deux gouttes viennent à se rencontrer, elles fusionnent en un ensemble qui prend encore la forme sphérique, comme feraient deux gouttes d'huile, mais les traces de l'organisation des constituants se sont conservées dans l'ensemble ; il y a deux axes autour desquels les éléments forment non plus des cercles, mais des courbes en forme de huit; et les choses se compliquent encore par la réunion d'un plus grand nombre de gouttelettes.

M. Lehmann a étudié d'autres liquides, où l'état cristallin ne se révèle pas seulement par la structure interne, mais se traduit extérieurement par Jes formes les plus bizarres; on voit

ainsi apparaître tous les intermédiaires entre la goutte sphérique et le cristal : gouttes elliptiques, bâtonnets terminés en pointe et qui peuvent se réunir de façon à former des figures semblables aux fleurs de la neige, cristaux à faces bombées et à arêtes courbes. Ces formes ne sont pas seulement variées, elles sont instables etchangeantes ; au contact d'une bulle d'air, d'un grain de poussière, on voit les pseudo-cristaux s'allonger, croître irrégulièrement dans un sens ou dans un autre en présentant des mouvements vermiculaires, bourgeonner et se fragmenter à la manière de certains organismes inférieurs. Tous ces phénomènes ont été photographiés et même cinématographiés par M. Lehmann. On voit qu'ils n'intéressent pas seulement le cristallographe. Ils montrent à celui-ci combien l'état cristallin est plus varié et plus riche de formes qu'on ne l'avait pensé jusqu'ici, et qu'il existe un nombre infmi d'intermédiaires entre le cristal et la matière amorphe ; mais le biologiste peut aussi faire son profit de ces expériences, en constatant que beaucoup de mouvements qui s'accomplissent dans la cellule vivante ne sont que des déformations de cette matière pseudocristalline.

Personne n'a oublié la révolution scientifique qui a marqué la fin du xix^ siècle : Rontgen venait à peine de découvrir les rayons X, lorsque les travaux d'Henri Becquerel et des Curie vinrent, à leur tour, étonner le monde. A ce moment, Tampoule radiographique occupait tous les physiciens. Divers savants, entre autres M. H. Poincaré, avaient cru voir dans la fluorescence du verre de cette ampoule la cause excitatrice des rayons de Rôntgen ; partant de cette idée, qu'on a reconnue fausse, Becquerel eut, en 1896, Fheureuse inspiration de s'adresser aux sels d'uranium, dont la fluorescence est connue de longue date, et de rechercher si ces corps n'émettaient pas des rayons X ; ces corps se montrèrent capables d'impressionner une plaque [photographique, enveloppée de papier

noir, et de donner des clichés analogues aux radiographies. Mais on ne tarda pas à reconnaître que les sels non fluorescents d'uranium et Furanium lui-même possèdent la même propriété ; leur activité est proportionnelle à leur teneur en uranium, quelle que soit la forme sous laquelle ce métal est engagé. Cette activité, liée à la présence de l'atome d'uranium, se manifeste, non seulement par l'impression photographique, mais encore par la conductibilité électrique qui est communiquée à l'air ambiant. C'est même par ce dernier caractère qu'on la mesure, en déterminant la vitesse de décharge d'un corps électrisé que l'on soumet, dans des conditions bien déterminées, à l'action de la matière active.

Ainsi, l'uranium fut le premier élément radio-^ actif qu'on eût découvert et sa radiation, reconnue différente des rayons X, fut justement désignée BOUS le nom de rayons Becquerel. Deux ans plus tard, en 1898, M. Schmidt et M°»" Curie montrèrent, presque simultanément, qu'un autre corps, le thorium, et tous ses composés partageaient avec l'uranium la propriété découverte par Becquerel. Après cette découverte, on pouvait se demander si la radioactivité appartenait séparément à l'uranium ou au thorium purs, ou

si elle ne tenait pas à quelque élément très actif contenu à dose infinitésimale dans ces deux corps. Une étude systématique, faite par M™' Curie, montra que certains minéraux possédaient une activité bien supérieure à celle qu'on aurait dû attendre d'après leur teneur en uranium et en thorium ; comme Fanalyse de ces corps comportait une imprécision voisine d'un centième, on pouvait espérer que leur radioactivité était due à quelque élément inconnu, inclus à dose minime.

C'est à la recherche de cet élément hypothétique que M. et M""^ Curie se livrèrent alors, avec la collaboration de M. Bémont : un formidable labeur permit de caractériser dans le plus actif des corps essayés, la pechblende, deux nouveaux éléments radioactifs, dont Tun, voisin du bismuth par ses propriétés chimiques, reçut le nom de polonium, tandis que l'autre, le radium, se rapprochait du baryum parFensemble de ses caractères. L'année suivante, en 1899, M. Debierne isolait des mêmes minéraux un nouvel élément radioactif, Vactinium. De tous ces nouveaux corps, le radium se trouva être le plus stable et le plus facile à caractériser; à mesure qu'on l'obtenait dans un état de pureté plus grande, ses caractères spécifiques se dessi-

naient plus nettement; l'analyse spectrale y découvrait des raies distinctes de celles de tous les corps connus ; son poids atomique, 226, était différent de celui du baryum, 137. Mais ce n'est qu'en 1902 que M""" Curie parvint au chlorure de radium pur, et c'est en 1910 seulement qu'elle réussit, aidée par M. Debierne, à isoler de ce chlorure quelques parcelles d'un métal blanc, brillant, fondant à 700 degrés, très altérable à l'air et qui décompose Feau : c'est le radium, l'élément dont les propriétés extraordinaires se transmettent à toutes ses combinaisons.

Aujourd'hui, suivant les procédés indiqués par M. et M™^ Curie, la préparation des sels de radium se fait industriellement, dans une usine d'Allemagne et deux usines françaises \ Il a fallu renoncer à utiliser dans ces dernières le minerai le plus riche que l'on connaisse actuellement : la pechblende de Joachimstal, en Bohême, qui contient jusqu'à un décigramme de radium par tonne ; ce minerai, formé en majeure partie par de l'oxyde d'uranium, se présente dans la mine sous forme d'un filon dont l'épaisseur dépasse rarement trois ou quatre centi-

1. Certains savants effectuent le traitement pour leur propre compte, comme Sir William Ramsay, qui a obtenu 196 milligrammes de radium au moyen d'un millier de tonnes de pechblende de Trenwich en Cornouailles,

mètres; exploité par le gouvernement autrichien pour l'extraction des sels d'uranium, il laisse un résidu dont plusieurs tonnes avaient, jadis, été mises à la disposition de M""® Curie ; mais TAutriche garde maintenant pour elle ces précieux résidus. îl faut recourir à des minerais plus pauvres, qui proviennent de Madagascar, du Tonkin et surtout du Portugal ; leur prix varie et peut atteindre jusqu'à vingt-cinq mille francs par tonne, ce qui met le gramme de radium, non extrait, à deux cent cinquante mille francs environ; après extraction, le prix de vente est deux fois plus élevé, ce qui s'explique aisément par la longueur des manipulations nécessaires.

L'opération, conduite sur trois cents kilos de minerai à la fois, comprend un broyage préliminaire et un premier traitement qui élimine les neuf dixièmes de la gangue inactive, puis une deuxième série opératoire à la suite de laquelle le radium, isolé avec le baryum, forme une masse globale d'un à deux kilogrammes. On élimine alors progressivement le baryum, par une série méthodique de cristallisations qui laissent finalement un résidu minuscule de chlorure ou de bromure extraordinairement actif, spontanément lumineux dans l'obscurité, avant

toutes les propriétés des sels de radium pur. Si l'on prend pour unité l'activité de Turanium, le traitement préliminaire laisse un résidu dont Tactivité s'élève à cinquante ou soixante : cette activité est portée à mille par les fractionnements ultérieurs ; les dernières cristallisations, effectuées au laboratoire, Télèvent jusqu'à deux millions.

Ainsi, toute la vie d'une usine qui traite annuellement plusieurs centaines de tonnes de minerai se résume dans un gramme, une pincée de chlorure de radium. La chimie ne nous offre pas d'autre exemple d'un corps aussi rare et aussi coûteux; pourtant, c'est autour de ce corps, dont il n'existe pas vingt grammes à l'état isolé dans le monde entier, que pivotent actuellement les plus légitimes espoirs de la science.

C'est que ce produit, que s'arrachent les laboratoires, ne sert pas seulement à des recherches scientifiques ; il a déjà reçu des applications médicales assez importantes pour que le radium soit, non seulement vendu, mais loué, à la dose d'un ou deux milligrammes, aux médecins et aux instituts médicaux qui l'utilisent. Ses multiples radiations ont, en effet, la propriété de pénétrer les tissus vivants, à des profondeurs

variables avec leur nature, et de les détruire en les rajeunissant, de telle sorte que des cellules vouées à unp dégénérescence morbide sont éliminées et laissent la place à des cellules saines et vigoureuses. Tous ces effets de cicatrisation ont été constatés dans les nœvi vasculaires, ou taches de vin, les lapus, les angiostomes de la face et dans les difformités causées par le rhumatisme articulaire. Plus récemment, on a montré que la radiumthérapie était capable d'atteindre, en profondeur, les tumeurs sanguines et lymphatiques et les affections cancéreuses qui ont fait jusqu'ici le désespoir des chirurgiens. Pour ces diverses applications, les sels de radium sont tantôt injectés directement dans les tissus, tantôt introduits à Fintérieur par électrolyse, tantôt étendus sous forme de pâte sur une toile maintenue au voisinage de la partie malade, avec interposition d'un écran métallique destiné à localiser l'action du rayonnement. Enfin, il y a lieu d'attribuer au radium les propriétés, encore mal définies, mais incontestables, de certaines eaux minérales, dont la composition chimique ne suffit pas à expliquer le rôle et qui n'agissent efficacement qu'au griffon même de la source.

Tous ces résultats suffiraient à justifier le bruit qui s'est fait autour de la découverte du radium et la célébrité acquise en quelques mois par le savant infiniment modeste qu'était Pierre Curie. ]\ïais il y a plus. La radioactivité n'est pas une anomalie, une exception, dans la nature; c'est une propriété très répandue, peutêtre même universelle, de la matière. La révélation de cette propriété a été Torigine d'un mouvement scientifique, dont on peut prendre une idée en lisant les titres des travaux innombrables auxquels elle a donné sujets les livres et les revues qui lui sont spécialement consacrés. Il faut remonter aux découvertes de Pasteur pour trouver une pareille poussée de faits et d'idées ; aussi ne doit-on pas s'étonner si les résultats, acquis dans une louable émulation de tous les pays civilisés, présentent quelque incohérence et quelques contradictions. Par bonheur, M""® Curie a pris soin de mettre en ordre et à jour toutes ces acquisitions : la publication de son Traité de Radioactivité \ en atten-