Archibald Hill : Le mathématicien qui a mesuré le muscle

Archibald Vivian Hill a remporté un prix Nobel pour avoir détecté la chaleur dégagée par un muscle en contraction — des quantités si infimes qu'il a dû améliorer le thermocouple avant de pouvoir seulement les observer. Il avait déjà formulé, dans sa jeunesse, l'équation qui décrit encore la fixation de l'oxygène sur l'hémoglobine. Il a également dirigé une unité d'artillerie en temps de guerre surnommée « les Brigades de Hill », siégé au comité qui a mis au point le radar et contribué à sauver neuf cents universitaires de l'Allemagne nazie.

Bristol et Cambridge

Hill est né le 26 septembre 1886 à Bristol de Jonathan Hill et Ada Priscilla Rumney. Il a fait ses études à la Blundell's School et est entré au Trinity College de Cambridge, où il a étudié les mathématiques et s'est classé troisième wrangler — parmi les tout premiers de sa promotion lors de l'examen le plus exigeant de Grande-Bretagne.

Il s'est ensuite tourné vers la physiologie. Ce choix l'a défini : il a apporté à la biologie l'exigence mathématique selon laquelle un phénomène n'est compris que lorsqu'il est exprimé sous forme de quantité.

En 1913, il a épousé Margaret Neville Keynes, fille de l'économiste John Neville Keynes et sœur de John Maynard Keynes et du chirurgien Geoffrey Keynes. Leurs quatre enfants sont tous devenus des universitaires : Polly Hill, économiste ; David Keynes Hill, physiologiste ; Janet Hill, pédopsychiatre, et Maurice Hill, océanographe.

Les équations

Les premières contributions de Hill sont intervenues avant qu'il n'ait achevé sa formation. En 1909, alors qu'il était encore étudiant, il a dérivé la relation aujourd'hui connue sous le nom d'équation de Langmuir en étudiant la fixation de la nicotine et du curare au niveau de la jonction neuromusculaire. En 1910, il a formulé l'équation de Hill, qui décrit la fixation de l'oxygène sur l'hémoglobine.

L'équation de Hill demeure un standard en biochimie un siècle plus tard. Son exposant — le coefficient de Hill — mesure la coopérativité, c'est-à-dire la mesure dans laquelle la liaison à un site modifie l'affinité des autres, exprimée comme un écart par rapport à la cinétique de Michaelis-Menten. C'est l'outil ordinaire pour décrire la réponse d'une molécule à un signal, qu'un jeune homme a élaboré avant même d'avoir une carrière.

Les Brigades de Hill

La Première Guerre mondiale l'a arraché à son laboratoire. Hill a servi comme officier de mousqueterie dans le régiment du Cambridgeshire et a rejoint fin 1915 le ministère des Munitions. En 1915, la lutte anti-aérienne relevait largement de la conjecture, principalement parce que personne ne pouvait déterminer avec fiabilité l'altitude d'un aéronef. Hill a conçu une méthode à deux miroirs pour la mesurer et a assemblé la Section expérimentale anti-aérienne — le groupe qui devint connu sous le nom des « Brigades de Hill » —, qui a produit des tables de tir précises pour les canons anti-aériens. Il a été nommé officier de l'ordre de l'Empire britannique (OBE) en 1918.

La chaleur dans le muscle

En 1920, Hill a accepté la chaire de physiologie à l'Université Victoria de Manchester et s'est penché sur la question qui allait lui valoir le Nobel : que se passe-t-il, sur le plan énergétique, lorsqu'un muscle se contracte ?

À l'aide d'un équipement de thermocouples qu'il avait lui-même amélioré, il a effectué des mesures rigoureuses de la chaleur libérée par un muscle. Le résultat s'est révélé net et décisif. La chaleur est produite pendant la contracion, ce qui nécessite un investissement d'énergie chimique ; elle n'est pas produite pendant la relaxation, qui est passive. Le muscle a ainsi été inscrit dans la comptabilité ordinaire de la thermodynamique : une machine convertissant l'énergie chimique en travail et en chaleur, selon un bilan mesurable.

En 1922, il a introduit deux concepts qui n'ont jamais quitté la physiologie de l'exercice : la consommation maximale d'oxygène et la dette d'oxygène. Toute mesure moderne de la capacité athlétique en découle. Ses travaux ont progressé parallèlement à ceux d'Otto Fritz Meyerhof sur la chimie du même processus, et en 1922 les deux hommes ont partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine, la citation de Hill saluant « son élucidation de la production de chaleur et de travail mécanique dans les muscles ».

La fondation d'une discipline

Hill est devenu professeur à l'University College de Londres en 1923 et y est resté jusqu'à sa retraite en 1951, l'année où il y a fondé un département de biophysique. Il est considéré, aux côtés d'Hermann Helmholtz, comme l'un des fondateurs de la biophysique — l'affirmation selon laquelle les tissus vivants obéissent aux lois physiques et peuvent être mesurés en conséquence.

Les distinctions se sont succédé régulièrement : membre de la Royal Society en 1918, médaille royale en 1926, prix Actonian en 1928, membre étranger de l'Académie américaine des arts et des sciences en 1934 et de la Société philosophique américaine en 1938, compagnon d'honneur en 1946 et médaille Copley en 1948.

Le sauvetage

En 1933, alors qu'Hitler prenait le pouvoir et que les universités allemandes commençaient à expulser les universitaires juifs, Hill a cofondé le Conseil d'assistance académique avec William Beveridge et lord Rutherford. Au déclenchement de la guerre, l'organisation avait sauvé 900 universitaires de la persécution nazie ; dix-huit d'entre eux devaient par la suite remporter un prix Nobel. Son petit-fils Nicholas Humphrey a rappelé que la maison de Hill à Highgate accueillait régulièrement dix-huit lauréats du prix Nobel en exil à la fois.

Hill conservait dans son laboratoire une figurine jouet d'Hitler, expliquant qu'elle symbolisait sa gratitude envers les scientifiques que l'Allemagne lui avait cédés. « Le rire, disait-il, est le meilleur détergent contre l'absurdité. »

Le Parlement et une seconde guerre

Il a siégé au comité de 1935 chargé de développer le radar, aux côtés de Patrick Blackett et Henry Tizard. De 1940 à 1945, il a siégé à la Chambre des communes en tant que député indépendant de l'Université de Cambridge. Envoyé à l'ambassade britannique à Washington en 1940, il a plaidé pour la coopération scientifique et a persuadé son propre gouvernement de partager ses recherches avec les responsables d'États-Unis encore neutres — à l'exception des travaux sur les armes atomiques. Il s'est également efforcé de libérer les scientifiques réfugiés que la Grande-Bretagne avait internés en tant qu'ennemis de l'étranger.

Entre novembre 1943 et avril 1944, il a visité l'Inde pour auditer sa recherche scientifique ; ses recommandations ont contribué à façonner la création des Instituts indiens de technologie.

Dernières années

Hill a présidé l'Association britannique pour l'avancement des sciences en 1952 et l'Association de biologie marine de 1955 à 1960. Il s'est retiré à Cambridge en 1967 et a progressivement perdu l'usage de ses jambes. Il y est décédé le 3 juin 1977, à l'âge de quatre-vingt-dix ans, profondément aimé par plus d'un centaine de descendants scientifiques à travers le monde. English Heritage a apposé une plaque bleue sur sa maison de Highgate le 9 septembre 2015.

Pourquoi Hill compte

Hill a introduit la quantification en physiologie. Il a mesuré l'énergie musculaire avec une précision inédite, a offert à la biochimie une équation toujours utilisée au quotidien, et a fondé un département ainsi qu'une discipline pour perpétuer cette méthode. Il a ensuite passé le reste de sa vie à appliquer la même rigueur à des problèmes extérieurs au laboratoire — le tir anti-aérien, le radar, l'alliance en temps de guerre et le destin de neuf cents universitaires qu'un gouvernement voulait détruire.