LA CRISTALLOGRAPHIE ET LA MINÉRALOGIE

Nous ne sortirons pas encore du domaine des sciences physiques en jetant un coup d'œil sur la minéralogie et la géologie, en laissant toutefois de côté, dans celle-ci, la paléontologie qui trouvera sa place dans un autre chapitre.

Grâce au concours des mathématiciens, les cristallographes ont pu élucider certaines propriétés en rapport immédiat avec la structure moléculaire des corps cristallisés. Il y a trente ans, Soncke et Mallard avaient déjà généralisé la conception de Bravais sur la structure de ces corps, en montrant que le principe de l'homogénéité était sauvegardé, en substituant aux molécules symétriques de

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Bravais des groupes de molécules asymétriques disposés symétriquement. Plus récemment, MM. Schœnflies et von Fedorow reprirent, en s'aidant des travaux de M. Jordan, la question au point de vue mathématique; ils recherchèrent tous les types de groupes de mouvement d'ordre fini; le groupement en sytèmes de polyèdres correspondants, de manière à remplir Tespace, épuise toutes les possibilités dans la recherche de la structure des cristaux. A vrai dire, quelques-uns seulement de leurs résultats sont à utiliser pour faire la théorie de toutes les propriétés découlant de la structure moléculaire. Dans cet ordre d'idées, les recherches de M. Wallerant put élargi encore les cadres tracés par M. Haûy, et déjà suecessivement agrandis par Bravais et Mallard. Les groupes asymétriques de molécules, que M, Wallerant nomme particules fondaipentales, en se groupant entre elles au moyen de rotations autour d'axes de symétrie et de renversements par rapport à des plans de symétrie, donnent naissance aux particules complexes qui possèdent des éléments de symétrie proprement dits et des éléments de symétrie limites ; les premiers se retrouvent dans les corps cristallisés, les seconds deviennent les éléments de symétrie des groupements cristallins. Mais deux cas peuvent se présenter. Les éléments-limites peuvent faire entre eux les mêmes angles que les éléments de symétrie proprements dits d'un polyèdre, le groupement ne comprendra qu'un nombre limité de cristaux, et il pourra se faire que l'ensemble présente, dans sa

forme extérieure, l'aspect d'un cristal unique ayant dans sa forme cristalline une symétrie plus élevée que celle inhérente à chacun des cristaux composants. Il y aura, par suite, contradiction entre la symétrie extérieure et la symétrie révélée par d'autres propriétés telles que les propriétés optiques, et il en résultera en apparence des anomalies optiques. Si, au contraire, les éléments-limites ne font pas entre eux les mêmes angles que les éléments de symétrie d'un polyèdre, le groupement n'aura, comme éléments de symétrie, qu'une partie des éléments-limites de la particule complexe, tantôt les uns, tantôt les autres. Il pourra donc se produire plusieurs groupements.

Ce dernier résultat conduit à une explication du polymorphisme : si les particules fondamentales se groupent en particules complexes, c'est qu'elles possèdent des éléments-limites se transformant en éléments réels dans cette particule complexe. Il pourra donc, dans certains cas, se produire plusieurs sortes de particules complexes donnant naissance à plusieurs sortes de cristaux de symétries différentes, mais tels que les éléments de symétrie de Tun soient les éléments de symétrie des groupements de l'autre, et inversement.

Pasteur avait cru reconnaître la loi régissant les formes cristallines d'un corps polymorphe, en constatant que leurs réseaux différaient fort peu ; c'est là un fait exact, mais qui n'est pas spécial aux formes d'un même corps. Une étude approfondie des corps cristallisés les plus différents a permis à Mallard de

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constater que les réseaux diffèrent fort peu d'un réseau cubique, et on peut dire que, dans les différentes formes cristallines, la symétrie totale est toujours celle d*un cube.

Il est clair que les représentations précédentes ayec des particules fondamentales et les particules complexes rentrent dans le type général des théories, c'est-à-dire de systèmes d'images ayant powr objet de synthétiser les observations et de conduire parfois à la prévision de faits nouveaux. Comme toute théorie, ces représentations sont donc sujettes à discussions; celles-ci n'ont pas manqué et se continuent, car on n'apportera jamais une interprétation définitive dans des questions touchant à la physique moléculaire, ce qu'est véritablement la cristallographie. Ainsi, il n'y a pas une opinion unanime sur l'individualité de cette particule complexe, qui paraît jouer en cristallographie le même rôle que la molécule en chimie. On doit cependant reconnaître une grande valeur aux raisons données par M. Wyrouboff et par M. Wallerant en faveur de l'individualité, au moins relative, de la particule complexe, une des plus fortes étant fournie par l'étude dçs cristaux mous, comme ceux d'oléate d'ammoniaque, ou encore parles cristaux liquides. Sur bien des points il faut modifier les raisonnements un peu simplistes de la minéralogie classique; les lois d'Hauy et de Bravais n'ont rien d'absolu. On doit tenir compte des conditions de cristallisation; en modifiant celles-ci, on peut arriver à produire 4e nouvelles faces, et l'étude des faces courbes

devra quelque jour occuper les minéralogistes. Je viens de faire allusion aux cristaux mous et aux cristaux liquides ; leur découverte est certainement, dans le domaine de la cristallographie, le fait le plus marquant de ces dernières années : leur étude permettra de préciser les conditions auxquelles doit satisfaire la structure *d'un corps pour posséder les propriétés d'un édifice cristallin. En particulier, les cristaux liquides nous amènent à nous demander si la répartition réticulaire des éléments constituants est nécessaire pour entraîner l'ensemble des propriétés physiques constatées dans les cristaux. Il y eut là de nombreux sujets de discussion. Les liquides anisotropes sont troubles ; on a pu penser qu'ils ne sont pas homogènes et qu'il s'agit d'une émulsion, ou bien encore admettre l'existence de corps solides anisotropes en suspension. Aujourd'hui cependant, l'opinion des minéralogistes et des physiciens sur la matière cristallisée paraît à peu près unanime, et on regarde que les corps cristallisés peuvent présenter tous les degrés de cohésion. Un corps cristallisé est homogène et anisotrope. Certaines propriétés de la matière cristallisée sont continues, comme la vitesse de la lumière dans cette matière, la conductibilité calorifique, etc.; d'autres au contraire, comme il arrive pour les corps cristallisés solides, sont discontinus, telles que la propriété des faces planes, des plans de clivage, de la constance des angles des arêtes. Mais il n'en faut pas conclure que le second groupe de propriétés peut servir à caractériser les véri-

tables corps cristallisés à rexclusion des autres, car certains corps comme Tazotate d'ammonium peuvent, suivant lés conditions de cristallisation, les posséder ou non sans que les autres propriétés soient modifiées.

Ces problèmes de mécanique moléculaire dans les milieux symétriques sont de la plus haute importance : on y voit en quelque sorte la matière chercher à prendre des formes stables, variables d'ailleurs avec les conditions physiques, et les physico-chimistes ont cherché à rattacher leurs explications théoriques au principe de la moindre action. Ces recherches ont été inaugurées par Pasteur, et les mémoires de M. Gernez sur les cristallisations provoquées dans les liqueurs sursaturées, sont depuis longtemps devenus classiques ; ces études sont cultivées aujourd'hui surtout en Allemagne.

On est assez porté actuellement à regarder un cristal comme une sorte d'être vivant, susceptible d'accroissement, et réparant ses pertes quand il a été blessé : les mots mêmes provoquent ici la comparaison. Il y a là un rapprochement artificiel, et il ne paraît pas légitime de comparer la formation cristallographique, qui marche uniformément dans le même sens, avec l'assimilation et la désassimilation périodiques qui sont la caractéristique des phénomènes vitaux ; le cristal absorbe et n'excrète pas.

D'une manière plus générale, on parle assez couramment aujourd'hui de la vie de la matière, en entendant par li les transformations souvent très lentes qui se produisent dans des milieux qui parais-

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sent en équilibre. C'est ainsi qu'un tbermoi&ètre dont le zéro se déplace devient un être vivant, ou encore le morceau d'étain gris atteint d'une sorte de maladie contagieuse, bien connue des constructeurs d'orgues, transmissible aux morceaux d'étain voisins, maladie que la chaleur peut heureusement guérir. On a imaginé aussi une mémoire de la matière qui se souvient de ses états antérieurs et s'arrange en conséquence. Au lieu de vie et de mémoire, il vaudrait mieux simplement parler d'hérédité, au sens où nous l'avons entendu dans un chapitre précédent; il est impossible dans ces phénomènes de conserver l'hypothèse de non-hérédité qui, nous Tavons dit, est à la base de la mécanique classique. Je me suis déjà expliqué antérieurement sur cette mécanique avec hérédité, où se présenteront, semble-t-il, les équations fonctionnelles plus compliquées que les équations différentielles auxquelles nous sommes habitués. Elles renfermeront, ai-je dit plus haut, des intégrales qui seront le témoignage d'une sorte d'hérédité. Le même mot intégrale vient aussi sous la plume des biologistes, quand ils parlent de l'hérédité. « Elle est, dit M. Giard *, une intégrale : c'est la somme des variations produites sur chaque génération antérieure par les facteurs primaires de l'évolution ». Dans les rapprochements signalés, un mécanicien ne doit voir rien de plus que cette hérédité-^ il est amusant saiis doute, mais bien inutile, de parler là de vie et de mémoire,

1. A. Giard. Le principe de Lamarck et ^hérédité des modifications somatiques. Controverses transformistes y page 35.

N'ayons pas Tair d'expliquer obscurum pei^ obscunws.

Nous venons d'envisager succintement une partie de la minéralogie qui, sous le nom de cristallographie, est véritablement la physique moléculaire des milieux symétriques. Nous n'avons pas à nous arrêter à cette subdivision de la minéralogie qu'on appelle la minéralogie descriptive, mais il est une partie de la minéralogie nommée pétrographie ^ qui comprend l'étude des phénomènes volcaniques anciens et modernes, et qui est de grande importance. Lorsque Sorby eut T heureuse idée d'appliquer l'examen microscopique à l'étude des roches, on constata tant de faits insoupçonnés que, dans l'enthousiasme des premières recherches, on put espérer résoudre tous les problèmes que soulevait la genèse des roches éruptives. On fit passer sous le microscope les roches les plus diverses, et l'on put ainsi constater qu'elles se ramenaient à un petit nombre de types réunis par tous les intermédiaires. Il semble d'abord étonnant que l'on puisse regarder au microscope à travers un granit ou un basalte, mais on taille des lames dont l'épaisseur est d'environ deux centièmes de millimètre, et c'est un curieux spectacle que celui de la marquetterie présentée par ces plaques minces ; il est hautement instructif pour le pétrographe, qui fait ainsi l'analyse des éléments composant la roche. On aperçoit parfois sous le microscope des inclusions, liquides ou gazeuses, qui peuvent renseigner sur les conditions dans lesquelles s'^st opérée la solidification. Les travaux de

MM. Fouqué et Michel Lévy sur ces sujets sont devenus classiques.

Les études précédentes ne suffisent pas cependant pour opérer une classification naturelle. En réalité, la genèse des roches ne peut être complètement élucidée que par leur reproduction synthétique, le microscope intervenant pour identifier les produits artificiels avec les produits naturels. Un grand pas a été fait dans cette voie par MM. Fouqué et Michel Lévy qui ont obtenu, dans leur laboratoire, des roches microlithiques basiques, identiques aux roches naturelles, comme Tanorthite, le péridot, l'oligoclase et bien d'autres ; ces remarquables expériences ont montré l'importance du rôle de la fusion ignée dans la cristallisation des roches, fusion suivie d'un lent refroidissement. Jusqu'ici les roches acides à quartz, mica, etc., comme le granit, ont été réfractaires à toute reproduction. Ce n'est pas que la synthèse simultanée du quartz et de l'orthose n'ait pas été faite; elle a. été réalisée, en 1879, par Friedel,. en faisant intervenir des carbonates alcalins comme minéralisateurs, et. antérieurement on avait pu obtenir des cristaux de quartz en faisant agir sur les silicates la vapeur d'^au 'comprimée. Dans ses belles études sur. lés phénomènes volcaniques de la Martinique, M. Lajcroix a constaté la formation du quartz sous l'action de la vapeur d'eau comprimée, ce qui est bien en accord avec les expériences précédentes.