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Dossier - Radioactivité : les pionniers
DossierClassé sous :chimie , physique , radioactivité

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Ce deuxième dossier traite des pionniers, d'abord les découvreurs de la radioactivité, Becquerel et les Curie, puis de l'immense engouement qu'elle a connu pendant près d'un demi-siècle avant que les dangers qu'elle comporte ne deviennent de plus en plus inquiétants, et enfin des pionniers de la radiothérapie qui ont peu à peu fait de la radioactivité une arme de plus en plus efficace contre certains cancers.

  
DossiersRadioactivité : les pionniers
 

La découverte de la radioactivité en 1896 représente à la fois le terme d'un siècle de recherches sur la matière et les forces qui la régissent et le départ d'un autre siècle qui fit voler en éclats tout ce que l'on avait cru en savoir.

L'idée que la matière soit formée de briques élémentaires remonte au moins à Leucippe, il y a 2400 ans : il les appelait des « insécables » (a-tomos). Mais le concept d'atome n'a commencé à recevoir de soutien expérimental qu'à partir de 1803 et de l'œuvre de John Dalton (qui a donné son nom au trouble visuel dont il souffrait, le daltonisme). La théorie atomique a fait l'objet de débats tout au long du XIX° siècle, et elle était à peine acceptée que l'atome s'est révélé sécable ! Tout est parti d'un progrès technique : en 1855, Johann Geissler parvint à souder des électrodes métalliques sur un tube de verre. Pour s'attaquer à la question la nature de l'électricité, les physiciens étudièrent alors les décharges électriques dans ces tubes où le vide était progressivement fait.

Le gaz raréfié devenait lumineux (ces recherches aboutirent en 1912 au tube au néon de Georges Claude) et les physiciens se convainquirent peu à peu que l'électricité était transmise d'une électrode à l'autre par des rayons, les rayons cathodiques, dont la nature excitait l'intérêt de tous. Joseph John Thomson finit par démontrer en 1897 qu'il s'agissait de corpuscules électriquement chargés, 2000 fois plus légers que le plus léger des atomes, l'hydrogèneOn les appela électrons.

Schéma d’un tube de Geissler : la cathode (à gauche) émet des rayons cathodiques (en bleu clair). En frappant la paroi de verre, ils en provoquent la fluorescence (lumière visible). SI la tension est assez élevée, ils induisent aussi l’émission de rayons X qui provoquent à leur tour la fluorescence d’un écran placé à quelque distance.

On sait désormais que les électrons, accélérés par la haute tension régnant entre les deux électrodes, excitent les atomes qu'ils rencontrent (dans le gaz, l'anode ou dans la paroi de verre). Ces atomes excités perdent ensuite leur excès d'énergie en rayonnant de la lumière visible (phénomène de fluorescence). Si la tension est plus forte, l'énergie des électrons est plus importante et ils peuvent émettre des rayons X (soit en étant ralentis dans la matière, c'est le rayonnement de freinage ou Bremsstrahlung, soit en excitant la matière qui émet alors de la lumière de longueur d'onde plus courte que dans la fluorescence). Mais tout ceci était bien sûr insoupçonné à la fin du XIX° siècle.

Comme bien d'autres, Wilhelm Conrad Röntgen étudiait les rayons cathodiques, quand il découvrit le 8 novembre 1895 que leur émission s'accompagnait de celle de rayons inconnus, qu'il baptisa « rayons X ». Ceux-ci pouvaient traverser (avec plus ou moins de facilité) des corps opaques, exciter la fluorescence du verre et de certains sels comme le platino-cyanure de baryum, et impressionner une plaque photographique. 

Une des premières radiographies de Röntgen : la main de son collègue Rudolf von Kölliker.

La découverte de Röntgen, publiée le 28 décembre 1895, fit l'effet d'un coup de tonnerre. Les médecins se jetèrent sur cette possibilité de plonger au cœur de l'organisme vivant, et les physiciens se ruèrent sur l'étude des rayons X. En France, le Dr Toussaint Bartélemy apprit le 5 janvier l'existence de ces « photographies de l'invisible » par un article du Frankfurter Zeitung et il parvint à les reproduire avec l'aide de son ami le Dr Paul Oudin. Il envoya ses photographies à l'illustre mathématicien et physicien Henri Poincaré qui les présenta à l'Académie des Sciences le 20 janvier. Mais le monde savant ne fut pas le seul à s'enthousiasmer, la nouvelle faisait les gros titres des quotidiens et le grand public était fasciné. Dès le 10 janvier 1896, le Petit Parisien annonçait : « On parle beaucoup en ce moment à Vienne d'une découverte sensationnelle qui est appelée, croyons-nous, à un grand retentissement dans le monde savant. [...] Le très distingué professeur Röntgen de l'Université de Würtzburg [...] a pu photographier une série d'objets invisibles, tels que [...] les os de la main d'une personne qui travaillait avec lui dans son laboratoire [...] C'est le membre d'un squelette et non une main vivante, dirait-on. Et cependant il n'y a pas de doute possible... Est-il besoin d'insister sur l'importance d'une pareille découverte, dont les conséquences sont incalculables. »

Carte postale humoristique : les amoureux dans le fiacre

Avant de présenter les radiographies des Dr Barthélemy et Oudin, Poincaré lut l'article que Röntgen lui avait envoyé, et il fut frappé par le fait que les rayons X semblaient parvenir du même endroit du tube de verre que la fluorescence. Il pensa que ces deux phénomènes, aussi mal compris l'un que l'autre, étaient peut-être liés, et que cela aiderait sans doute à élucider leur origine. De plus, si un corps fluorescent émettait des rayons X, il fournirait une source beaucoup plus facile à utiliser que le montage complexe de Röntgen avec son tube à vide et sa haute tension. Logiquement, Poincaré se tourna vers son ami Henri Becquerel en lui suggérant d'étudier de plus près le lien entre rayons X, fluorescence et phosphorescence.