Sciences

Pierre Curie

1859-05-15 - 1906-04-19

Physicien

Classé sous :physique , chimie , biographie de Marie Curie

Découvertes

- Il reçoit le prix Nobel de physique en 1903 qu'il partage avec sa femme et Henri Becquerel.

- Découverte du radium et du polonium.

Biographie

C'est dans une famille modeste mais très unie que naît Pierre Curie en 1859, trois années après son frère Jacques. Leur père est fils de médecin et voue un véritable culte à la science. Mais à cette époque elle nourrit fort peu son homme et il devra, au lieu de se livrer à la recherche qui le captive, exercer la médecine pour subvenir aux besoins de sa famille... La mère de Pierre, fille d'industriels ruinés, gaie et active, fait régner une ambiance familiale douce et conviviale, dans cette maison située dans un jardin plein de fleurs. Beaucoup d'amis y viennent le dimanche et on discute alors beaucoup ; on joue aussi aux échecs, aux boules...

Pierre fait partie de cette catégorie d'enfants qui s'attachent à une idée et l'approfondissent, oubliant alors le monde extérieur. Aussi le système scolaire traditionnel ne lui convient guère. Ses parents décident donc de ne pas le mettre à l'école et de s'occuper eux-mêmes de son éducation. Dans une atmosphère de grande liberté, il a alors la chance d'être souvent en contact avec la nature, observant la faune qui habite les ruisseaux et les mares, grenouilles, tritons et libellules et d'étudier la végétation environnante avec une passion qu'il manifestera tout au long de sa courte vie.

En 1871, quand Pierre a 12 ans, éclate à Paris l'insurrection de la Commune où des artisans et des ouvriers constituent pendant quelques jours un gouvernement autonome ; une barricade est édifiée près du logement de la famille. Aussi le père de Pierre est-il amené à établir une « ambulance » dans sa maison pour soigner les blessés. Ses fils l'aident et cet épisode douloureux les marquera profondément.

La jeunesse prometteuse de Pierre

Pierre a maintenant 14 ans et ses parents le confient à un professeur pour lui apprendre les mathématiques et le latin. À partir de là tout va très vite ! Ses progrès sont extrêmement rapides et il découvre tout seul les propriétés des déterminants cubiques, montrant son génie ! C'est avec une grande aisance qu'il devient bachelier à 16 ans.

Il peut maintenant se consacrer aux études scientifiques de son choix. Le voilà licencié en sciences physiques à 18 ans et nommé à 19 ans préparateur à la faculté des sciences de Paris. Cette tâche va l'absorber durant cinq années, durant lesquelles il va se livrer à ses premières expériences.

Il est très lié à son frère Jacques, tant par leur intérêt pour les sciences que par leur goût pour la nature. Tous deux multiplient randonnées et excursions accompagnées de baignades dans cette campagne parisienne qu'ils aiment tant.

Pierre et Marie Curie, leur fille aînée Irène et son mari Frédéric Joliot-Curie. © Musée Curie, DR

Les premiers pas dans le domaine de la science

Et c'est ensemble que les deux frères vont découvrir le phénomène de la piézo-électricité. Ils sont tous deux passionnés par l'étude des cristaux, ces magnifiques exemples de la symétrie dans la nature. Ils imaginèrent, puis vérifièrent que si l'on comprime un cristal, il peut apparaître une tension électrique entre deux de ses faces. Inversement, et ceci fut très difficile et minutieux à réaliser, si l'on soumet deux faces d'un cristal à une tension électrique, il peut se déformer, très faiblement. Ils firent une étude comparative de cristaux de blende, de quartz, de tourmaline, de topaze entre autres. Cette belle recherche, grâce aux ingénieux frères Curie, ne resta pas cantonnée dans le laboratoire ; ils en proposèrent diverses utilisations possibles, et la « balance piézo-électrique » fut présentée en 1885 à l'Exposition d'électricité à l'observatoire, puis commercialisée dès 1890. (Plus tard, cet appareil servira opportunément à Pierre et Marie Curie pour mesurer le pouvoir ionisant de substances radioactives que Marie venait de découvrir.)

Une application importante de la piézo-électricité est celle réalisée avant la Première Guerre mondiale grâce à Paul Langevin, grand mathématicien élève puis ami de Pierre Curie. Celui-ci a l'idée d'utiliser les phénomènes piézo-électriques pour produire et déceler les ultra-sons dans l'eau. Ses « projecteurs ultrasonores », ancêtres de nos sonars, permettent d'étudier les obstacles en mer ; cette découverte sera très vite appliquée efficacement pendant la guerre de 14-18 : elle permettra à l'Angleterre de lutter contre les sous-marins allemands qui lui imposaient alors un véritable blocus !

La piézoélectricité, nous le savons, est de nos jours à la base du principe de fonctionnement des montres à quartz où une pile alimente un petit circuit qui stimule une plaquette de cristal de quartz ; cela peut aboutir à exciter un micromoteur électrique, lequel commande à son tour des aiguilles ou un système d'affichage à cristaux liquides.

C'est grâce à ce phénomène que les deux frères vont, en 1880, construire le fameux « électromètre Curie », qui va bien servir à Marie Curie par la suite...

La belle collaboration des frères Curie, féconde en applications techniques, est sur le point de se terminer. En 1883, Jacques est nommé maître de conférences à Montpellier et Pierre, chef de travaux à l'École de physique et chimie de Paris. L'affection qui les lie restera intacte mais leurs chemins vont diverger...

Le professeur, à l’École de physique et chimie

Pierre va rester 22 ans à l'École de physique, où il devient professeur en 1881. Au début de son enseignement, il est presque aussi jeune que ses élèves, dont il est très aimé. Il s'attarde souvent avec eux pour de longues conversations au sujet de leurs recherches. On raconte qu'un soir, n'ayant pas vu passer le temps, tous se trouvèrent enfermés dans l'école ; et c'est par un tuyau qu'ils durent descendre le long de la façade, à la « queue leu leu », d'une fenêtre du bâtiment jusqu'à la rue...

Pendant ce temps, Pierre continue ses recherches sur les cristaux et la symétrie cristalline et publie en 1884 un mémoire sur ce sujet. De tous ces travaux émerge une grande idée : « le principe de symétrie » (qu'il énoncera définitivement en 1893 et 1895).

La nature nous permet d'observer la notion de symétrie à travers la forme des plantes et des animaux ; mais les cristaux nous offrent un domaine infini d'étude sur les plans et les axes de symétrie. Le génie, et ce mot n'est pas trop fort, de Pierre Curie est d'avoir donné à cette notion une très grande portée, atteignant un très grand degré d'abstraction qui lui confère une grande généralité.

Pierre Curie dans l’histoire du magnétisme

C'est en 1891 que Pierre Curie commence ses travaux sur le magnétisme, domaine qu'il va réactiver. Si les débuts de l'intérêt pour les mystérieux phénomènes du magnétisme remontent sans doute aux Chinois, un millénaire avant notre ère, observant non seulement les phénomènes d'attraction de la pierre d'aimant mais aussi les propriétés que celle-ci confère à certains corps après un contact étroit, il faut néanmoins constater que les premières réflexions élaborées connues sont dues à Thalès de Milet, précurseur des atomistes, au VIe siècle av. J.-C. dans ce merveilleux site de l'Ionie, belle colonie grecque en Asie Mineure, ce mathématicien propose une approche scientifique de la nature. Thalès fut ainsi le premier observateur des forces à distance. Aristote nous évoque ses expériences sur la pierre d'aimant, réalisées en Magnésie, province de Thessalie, rapportant l'attraction subie par les chaussures cloutées des bergers paraissant coller aux parois des rochers qu'ils gravissaient. Certes, les Chinois, au cours du même millénaire font une utilisation empirique de la pierre d'aimant, essentiellement pour des orientations de palais ou de tombes et inventent une boussole rudimentaire pour la navigation.

Mais il faudra attendre un demi-millénaire pour trouver les premiers écrits sur ce sujet en Chine, en 1088, puis en Europe en 1190, et dans le monde arabe en 1202, où apparaissent des textes, encore très descriptifs et pragmatiques. La fragile boussole est alors un morceau de magnétite posée sur un fétu de paille flottant sur de l'eau. Il reviendra aux Italiens d'avoir imaginé de positionner le morceau d'oxyde de fer sur un pivot, et d'enfermer le tout dans une petite boite, une « bussola ». Et il faudra attendre encore trois siècles pour que son utilisation se généralise, car tout ce qui entoure cet appareil de mesure reste un secret jalousement gardé par les capitaines de navire...

C'est sans conteste au français Pierre de Maricourt que nous devons le premier traité sur la « pierre d'aimant » (nom que prend désormais le minerai contenant de l'oxyde de fer), dans une lettre en latin datée du 8 août 1269, écrite à un ami soldat. Pensant que le magnétisme est dû à la voûte céleste, il taille une pièce aimantée en forme de sphère ; observant longuement les positions prises par une petite aiguille sur cette sphère où il tracera par tâtonnements des méridiens, il détermine l'existence de deux pôles, qui s'attireront ou se repousseront. Son traité fondateur « Epistola de magnete » sera repris au XVIe siècle par William Gilbert, médecin de la reine d'Angleterre Élisabeth I, qui en 1600 publie le résultat de vingt années de recherche, en un livre qui est un véritable traité du magnétisme terrestre « de Magno Magnete Tellure », réduisant à néant l'idée tenace de l'influence de l'étoile Polaire sur les phénomènes magnétiques. En une véritable fulgurance, il avance l'influence de la chaleur sur les propriétés magnétiques du fer (idée qui sera reprise trois siècles plus tard par Pierre Curie).

L'étude quantitative du magnétisme commence au XVIIIe siècle avec la « balance de torsion » construite par Coulomb qui lui permet de déterminer que les forces s'exerçant entre deux aimants sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare.

Vint ensuite, en 1820, sous le signe de la sérendipité, l'observation d'Œrsted relative à la déviation d'une aiguille aimantée placée fortuitement près d'un fil métallique parcouru par un courant électrique, qu'il ne sut interpréter mais qui lui permit de relier magnétisme et électricité. L'élaboration de la théorie de ce phénomène revint à Ampère, qui fit émerger le concept d'électromagnétisme et attribuera à la matière un « moment magnétique » sous la forme d'un petit circuit électrique. Enfin, après la longue série d'expériences de Faraday et sa découverte de l'induction électromagnétique vient Maxwell qui, en 1860, propose une théorie générale unificatrice et introduit la notion fondamentale de « champ magnétique ».

Il revient à Pierre Curie d'initier une théorie moderne du magnétisme. Dès 1895, dans sa thèse de doctorat, il énonce ce qui deviendra « la loi de Curie » ; il définit « le point de Curie », à savoir que les propriétés magnétiques d'un corps dépendent de sa température (disparition des propriétés magnétiques à 774 °C pour le fer, à 372 °C pour le nickel, 1.131 °C pour le cobalt). Il précisera les notions de ferromagnétisme, de paramagnétisme et de diamagnétisme. Il introduira la notion de susceptibilité magnétique, qu'il trouva inversement proportionnelle à la température absolue T.

Cette notion sera interprétée par la suite par son jeune élève puis ami Paul Langevin évoquant la nature microscopique du magnétisme. Ce dernier avancera que les propriétés magnétiques d'une substance seraient dues aux petits aimants constitués par des électrons de leurs atomes, en mouvement sur une orbite fermée, ce qui leur confère un moment magnétique atomique. C'est en utilisant la physique statistique de Boltzmann que Langevin réussit à retrouver théoriquement la loi empirique de Curie. Plus tard, le brillant et intuitif Pierre Weiss avancera dès 1906 l'idée de « domaines magnétiques » dans les matériaux ferromagnétiques permettant d'étendre aux substances ferromagnétiques la théorie de Langevin relative au paramagnétisme. Avec ses travaux approfondis s'instaurera la « loi de Curie-Weiss », forme particulière de la loi de Curie pour certaines substances paramagnétiques. Cela permettra à Weiss d'intégrer le magnétisme dans le cadre général de la physique. Puis viendra le prodigieux Néel, Prix Nobel pour ses découvertes à propos de l'antiferromagnétisme et du ferrimagnétisme. Et la brillante cohorte initiée par Pierre Curie continue à tracer son sillon de nos jours avec Albert Fert, Prix Nobel de physique en 2007, l'intitulé étant : « Pour la découverte de la magnétorésistance géante », mise en évidence en 1988. Avec l'essor des nanotechnologies, un nouveau domaine de recherche émerge, la spintronique dont le champ parait vaste, et se diversifie constamment, le public bénéficiant des avancées technologiques de plus en plus fabuleuses transformant notre quotidien...

Le physicien Pierre Curie et Marie Curie, sa brillante élève et sa femme. Ensemble, ils ont découvert le radium et le polonium et ont fait des recherches approfondies sur la radioactivité. © Jarould, Wikimedia commons, DP

Printemps 1894 : rencontre avec Marie Sklodowska

Un soir de printemps 1894, une jeune étudiante polonaise est présentée à Pierre Curie lors d'une réunion amicale réunissant quelques scientifiques. Maria Sklodowska écrira plus tard : « lorsque j'entrais, Pierre Curie se tenait dans l'embrasure d'une porte-fenêtre donnant sur le balcon... Je fus frappée par l'expression de son regard clair... Son élocution plutôt lente, réfléchie, sa simplicité et son sourire, à la fois grave et juvénile, inspiraient confiance. » Maria est arrivée en France en 1891, animée d'une grande passion pour la science. Inscrite en Sorbonne (elles sont 23 filles sur 1.825 étudiants...), cette travailleuse opiniâtre est la première femme à être reçue en tête des lauréats de la licence de sciences physiques et prépare ensuite une licence de mathématiques. Car elle a pris conscience de sa vocation, la recherche, et postule pour un accès dans les laboratoires.

Elle s'est vue confier par le Professeur Lippmann, (qui sera Prix Nobel en 1908 pour son invention de la photographie couleur) une étude sur les propriétés des aciers... mais sans laboratoire à sa disposition ! C'est alors qu'un ami polonais lui propose de chercher une aide auprès de Pierre Curie, déjà célèbre pour ses travaux sur le magnétisme. Et c'est la rencontre de ces deux êtres exceptionnels ! Lui qui ne vit que pour consacrer sa vie à la science aperçoit une femme qui peut cheminer à ses côtés dans la voie laborieuse qu'il s'est tracée. En juillet 1895, la jeune Polonaise devient Marie Curie.

Un couple fusionnel

On a longtemps fait apparaître Marie comme l'assistante de Pierre, dans cette formidable aventure de la découverte de la radioactivité, en 1898. C'est oublier que revient à Marie que la lente recherche initiale sur la découverte des « rayons uraniques » de Becquerel, grâce il est vrai à « l'électromètre à quartz », inventé par les frères Curie, instrument providentiel ! C'est elle qui fait les expériences décisives sur la pechblende, qui semblent prouver que ce minerai en contient un encore plus actif que l'uranium et le thorium, présent en quantité très faible, ce qui expliquerait que ce nouvel élément ait échappé jusque-là au monde scientifique. C'est ignorer que c'est elle qui osera penser que le rayonnement provient de l'atome lui-même, quelles que soient les conditions expérimentales de température, de pression. Et c'est elle qui, plus tard, après 45 longs mois de labeur maintes fois décrits, dans des conditions de travail surhumaines, isolera un décigramme de radium pur. Mais il est vrai aussi que, après la communication faite le 12 avril 1898 sous le nom de Marie Sklodowska-Curie, présentée à l'Académie des sciences par le Professeur Gabriel Lippmann, et passée inaperçue, le couple se rend compte qu'ils sont en présence d'un événement extraordinaire.

Aussi, le 14 avril, Pierre abandonne ses propres recherches et tous deux entament un deuxième carnet où leurs écritures vont se mêler quotidiennement. Le 3 juillet, ils arrivent à un échantillon qui a une activité 400 fois plus forte que l'uranium, qu'ils nomment polonium, en hommage au pays natal de Marie. Pendant cet été de vacances, les effets sournois de la radioactivité vont commencer à se manifester... Et germe en eux l'idée qu'il y a un deuxième élément inconnu dans les résidus de pechblende.

On connaît la suite des événements : la difficile recherche par Marie, à partir de deux tonnes de pechblende, dans un vieux hangar délabré aboutira à la mise en évidence du radium, qui supplantera le polonium, car il est un million de fois plus actif que l'uranium...

Pierre et Marie Curie avec leur fille Irène vers 1903. © Ève Curie : Madame Curie. S. 259, Wikimedia commons, DP

La communauté scientifique s'engouffre derrière les travaux des Curie et de ceux qui les ont rejoints. La nouvelle science est exposée lors de la soutenance de la thèse de Marie Curie, le 25 juin 1903, devant un parterre de savants venus du monde entier. Dorénavant, journalistes et admirateurs ne laissent plus de repos aux époux Curie. La consécration officielle arrivera de Stockholm le 10 décembre de la même année : le Prix Nobel de physique est attribué pour moitié à Becquerel et pour moitié aux époux Curie. Si Becquerel se rend en Suède, les époux Curie, exténués par les radiations, ne se rendront que le 6 juin 1905 dans la capitale suédoise pour recevoir leur prix...

À leur arrivée dans la salle de réception du palais royal, on dirige Marie vers l'assistance, tandis que Pierre est entrainé vers l'estrade, ceci accréditant hélas pour longtemps l'idée que Marie Curie n'a été que l'assistante de son époux... Le discours de Pierre Curie, demeuré célèbre, nous alerte sur les dangers que peut-être représentent les forces de l'atome : « On peut concevoir que, dans des mains criminelles, le radium puisse devenir dangereux, et l'on peut se demander si l'humanité a avantage à connaître les secrets de la Nature, si elle est mûre pour en profiter ou si cette connaissance ne lui est pas nuisible... »

Le couple Pierre et Marie Curie n'a plus que quelques mois devant lui. Le 19 avril 1906, le physicien, sans doute distrait, et toujours très fatigué par la radioactivité, traverse devant un « camion », c'est-à-dire un attelage de deux gros percherons ; il tente de se raccrocher à la bride d'un des chevaux, glisse sur le pavé mouillé, évite les deux premières roues, mais n'échappe pas aux roues arrière. Il avait 48 ans ; il laisse Marie seule avec leurs deux filles, Irène, la future madame Joliot-Curie, et Ève, qui n'a pas deux ans.

Réflexions sur la carrière de Pierre Curie

On ne peut que s'étonner qu'un esprit de l'envergure de Pierre Curie n'ait pas eu en France davantage et plus tôt la reconnaissance de ses mérites. Il aura passé sa vie à réclamer l'attribution d'un laboratoire. Quand on songe que, en 1900, de guerre lasse, Pierre Curie a failli accepter un poste en Suisse, à l'université de Genève (il s'est débattu pendant trois mois avant de refuser définitivement cette offre alléchante...), une des premières à percevoir la valeur des travaux du couple, avant même la reconnaissance du Nobel, lui-même attribué peu de temps après que la Royal Society leur ait décerné, devant un parterre de savants anglais, la célèbre médaille « Davy » !

Et même après le Nobel, qui apporte à ce couple un peu de répit dans leurs difficultés financières, leur permettant de se faire un peu aider dans leurs recherches et d'alléger un peu le temps d'enseignement de Pierre, ils seront toujours dans l'attente d'un labo et d'une chaire de physique pour Pierre. C'est seulement le 1er octobre 1904 que l'on se décide enfin à créer pour lui une chaire de physique à la faculté des Sciences de l'Université de Paris, vu le retentissement médiatique des travaux des Curie à l'étranger... Toutefois la question du laboratoire reste toujours en suspens, et le Professeur Curie doit se résigner à poursuivre ses recherches dans deux pièces attenantes à la salle de cours !

Même bataille pour son entrée à l'Académie des sciences, qui, après le cruel échec de 1902, ne lui ouvrira ses portes qu'en 1905, grâce à l'opiniâtreté de ses amis. Trop tard, Pierre ne publie plus. Le dernier article de cette courte vie est en date du 6 juin 1904...

Certes Pierre Curie, dont les fulgurances ont débuté de manière précoce dès l'âge de 21 ans (publication sur « les rayons calorifiques », et découverte de la piézoélectricité), est de nature modeste. Mais ce n'est pas un chercheur isolé, et il fédère des énergies autour de lui. D'ailleurs la moitié des publications qu'il donnera le seront en collaboration avec d'autres savants. Il appartenait à diverses sociétés savantes où il présentait régulièrement des communications. Il est vrai qu'il avait une grande indépendance de caractère, n'aimant pas solliciter un avancement, et refusant obstinément toute décoration de manière assez abrupte. Ainsi, lorsqu'il est question de lui attribuer la Légion d'honneur, il écrira au Doyen de la Faculté : « Veuillez, je vous prie, remercier M. le Ministre et l'informer que je n'éprouve pas du tout le besoin d'être décoré, mais que j'ai le plus grand besoin d'avoir un laboratoire. »

Quand, en 1909, grâce à un généreux don de trente millions de francs-or fait à l'Institut Pasteur, par un donateur désireux de se lancer dans la bataille contre le cancer, Marie Curie se voit confier la Direction d'un laboratoire où elle travaillera en étroite collaboration avec des biologistes et des médecins, à l'Institut du radium qui deviendra l'Institut Curie, elle évoquera douloureusement, « le rêve humanitaire et scientifique » de son époux enfin réalisé : « [...] en définitive un des premiers savants Français n'eut jamais à sa disposition un laboratoire convenable, alors que cependant son génie s'était révélé dès l'âge de vingt ans », dira-t-elle dans son livre Pierre Curie.

On ne peut que regretter que l'œuvre multiforme de Pierre Curie, ayant comme fil directeur sa curiosité des phénomènes électriques, utilisant de nombreux instruments qu'il a lui-même mis au point, ne lui ait pas permis de voir se réaliser son « rêve scientifique », dans un vrai laboratoire, à la mesure des talents de ce physicien atypique, à la mesure de son génie.

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