Peut-on voir les molécules?

        Finalement, quand on y songe, on entend énormément parler de molécules, on en voit des formules, des croquis, mais en avez-vous jamais vu une? C'est un peu comme pour les ours, on ne les voit pas (enfin, je n'en ai jamais vu dans la nature, mais peut-être suis-je vraiment trop myope).     Pourtant, d'après ce que l'on trouve dans les bouquins, ce n'est pas ce qui manque: il y en a partout autour de nous (des molécules, pas des ours), nous en sommes même constitués, et pourtant on ne s'entend jamais dire, figé à un coin de rue: "Damned, en voilà une, surtout, ne pas bouger!..."

        C'est un des paradoxes de la physique: au cours des âges, les chercheurs ont été de plus en plus nombreux a être convaincu de l'existence des molécules, mais sans pouvoir les observer directement. Elles expliquent tellement bien la nature, que si elles n'existaient pas, il faudrait les inventer.

        Mais enfin, depuis quelques années, les progrès des techniques microscopiques commencent à pouvoir en capturer des portraits, encore aussi flous que des images de Yétis pressés, mais c'est déjà ça.

Voici par exemple de longues molécules d'alcool, bien alignées les unes à côté des autres (le long trait noir). Chacune de ces molécules est constituée par l'assemblage de 22 atomes de carbones, chacun lié à 2 ou 3 hydrogènes (les taches les plus lumineuses de l'image). La molécule s'achève par un atome d'oxygène accroché à un hydrogène (OH), ce qui donne la zone sombre à gauche. Là-dessous, voilà la façon dont les chimistes écrivent l'engin.

        Donc, on commence à trouver des photos. Mais quant à les observer des ses propres yeux, c'est une autre histoire.

            Malgré tout, comme lors d'un safari à l'ours, il peut vous arriver de voir bouger les broussailles sans que la bête ne se laisse apercevoir. Il est possible de voir "trembler les buissons" à cause du remue-ménage des molécules.

Ce monsieur est botaniste. C'est Robert Brown. Il observe que de petites particules contenues* dans des pollens s'agitent continuellement dans l'eau. Pour lui, la raison en est simple, c'est un effet de la "force vitale" des plantes (la vie, c'est le mouvement...). Mais en découvrant les mêmes mouvements dans une goutte d'eau piégée dans une lave depuis des millions d'années, il est pris d'un doute, et finit par se dire que la raison de ces mouvements pourrait bien être plus physique que biologique. Ces mouvements sont depuis appelés "mouvements Browniens". *Ttitre de sa publication: "A Brief Account of Microscopical Observations Made in the Months of June, July and August 1827 on the Particles Contained in the Pollen of Plants; and on the General Existence of Active Molecules in Organic and Inorganic Bodies"

            Comme Brown le soupçonne lui-même, même si les molécules persistent à rester trop petites pour être vues, leurs collisions sur de minuscules objets doivent causer leurs déplacements et sautillements aléatoires.

            Vous pouvez facilement faire vous-même de telles observations dans l'atmosphère poussiéreuse d'une pièce obscure pénétrée par un unique rayon de lumière. Vous y verrez les petits grains avoir des mouvements pas du tout conformes à ce que l'on pourrait attendre de l'inertie: ils ont des trajets erratiques, tournent dans un sens puis dans l'autre, bousculés qu'ils sont par les rapides molécules de l'air.

Voici une observation faite à la webcam d'une goutte d'eau contenant un peu de gouache noire. Les particules sombres sont les pigments. Un petit film (498 Ko) vous montre les trajets désordonnés de ces petits grains. Le codec de lecture DivX 4 est ici. Sur le film, il est facile de voir que les petites particules ont des mouvements plus agités que les plus grosses. Je vous laisse aussi découvrir ce que cela change dans de l'eau chaude, où les molécules sont donc plus rapides et donc plus violentes...

Jean Perrin en 1912 a relevé les trajets de certaines de ces particules et s'est rendu compte de la nature "fractale" de telles trajectoires. Les portions de trajectoires rectilignes observées toutes les 30 s deviennent elles-mêmes chaotiques lors d'un échantillonnage plus fin réalisé toutes les secondes par exemple.

            En 1905, Einstein fait la liaison entre ces mouvements d'agitation et la théorie statistique des mouvements des molécules. Ce qui lui permet d'obtenir la preuve de l'existence des atomes et des molécules, avec, pour le même prix, une évaluation de leurs masses...

            Et oui, c'est sûr, les ours existent, j'ai vu bouger les buissons!