1827, Angleterre. Penché sur son microscope, le botaniste Robert Brown observe avec perplexité du pollen en suspension dans l'eau. Les petites particules ne cessent de bouger dans le liquide, de manière apparemment totalement aléatoire.

Pollens de tournesol, volubilis, rose trémière, lys, onagre et ricin, image colorisée et agrandie 500 fois : la particule verte en forme de grain de café dans le coin inférieur gauche mesure dans les 50 μm, photo : Dartmouth Electron Microscope Facility, Hanover
Voir en grand

Pour en avoir le cœur net, Robert répète l'expérience avec d'autres plantes, du bois fossilisé, du verre, et même… un bout de granite provenant du Sphinx de Gizeh. Il les broie ou les râpe, puis met les poussières ainsi obtenues en suspension dans l'eau. À chaque fois, il observe le même résultat : les minuscules particules ont toutes ce même mouvement aléatoire. Mais alors, à quoi est-il dû ?

Suivi de la trajectoire aléatoire d'une particule, animation Sciencetips
Voir en grand

Pour le savoir, il faudra attendre le début des années 1900, lorsque plusieurs physiciens se pencheront sur ce drôle de problème. Parmi eux, la future star de la physique : Albert Einstein. Et Albert en est sûr : les mouvements des particules en suspension sont en réalité dus à des chocs qui les font sans cesse changer de direction. Un peu comme des autotamponneuses, en somme.

Mouvement brownien d'une particule, 2010, photo : PAR
Voir en grand

Mais à quoi les particules se heurtent-elles ? Eh bien… à l'eau ! Plus spécifiquement, ce qui la constitue : les molécules de monoxyde de dihydrogène (le fameux H₂O), elles-mêmes composées d'atomes.

Le mouvement brownien est d'ailleurs l'une des preuves ayant permis de démontrer pour de bon l'existence des molécules et des atomes, en prouvant qu'ils avaient une existence "physique" et qu'ils étaient capables d'interagir avec la matière (ici en déviant les particules de pollen).

Illustration Sciencetips
Voir en grand

Mais Albert et ses collègues ne s'arrêtent pas en si bon chemin ! En étudiant la vitesse de déplacement des particules en suspension, ou le nombre de chocs qu'elles subissent, ils parviennent à déterminer la taille des molécules et des atomes, mais également leur nombre et leur densité. Plutôt pas mal, non ? Et dire que tout est parti de simples grains de pollen et du Sphinx de Gizeh…

Le Sphinx de Gizeh, Égypte, 2016, photo : Moh hakem
Voir en grand

Pour en savoir plus :

Sur le mouvement brownien

Sur Robert Brown

Sur les travaux d’Albert Einstein

À gauche : Henry William Pickersgill, Portrait de Robert Brown, 1854, huile sur toile, Bibliothèque nationale australienne, Canberra
À droite : Portrait d'Albert Einstein, 1925, photographie, Archives fédérales d'Allemagne, Koblenz
Voir en grand