Il fut un temps où les nouvelles de la science se lisaient comme un roman. Dans ce texte sur l'électricité daté de 1884, Louis Figuier (1819-1894) le revendique :
"On remarquera peut-être que dans le présent volume je me suis attaché à donner un certain développement à la partie anecdotique et littéraire des sujets que j'avais à traiter. je ne voudrais pas qu'une critique discourtoise prétende que les lauriers de M. Jules Verne m'empêche de dormir ; mais je reconnais que l'oeuvre de mon vénérable confrère a un peu déteint sur ma propre manière et que, plus qu'autrefois, j'ai cédé au désir de tenir en halène la curiosité du lecteur par l'imprévu et la variété de la narration, par la forme romanesque du récit, quand le sujet le permettait. j'ai tenté en un mot d'allier une oeuvre littéraire à un exposé scientifique. Si l'alliage est incohérent et sonne faux, que l'on pardonne à l’auteur, en faveur de l'intention, qui était bonne en soi, car il s'agissait de conquérir de nouveaux prosélytes à la science et à ses doctrines".
Luis Figuier a vu jute, son exposé se lit comme le roman d'une époque que la lectrice et le lecteur de notre 21ème siècle auront le plaisir de découvrir en cliquant sur le lien ci-dessous..
L'extrait ci joint imagine l'avenir de l'électricité dans des termes qui pourraient rappeler notre actualité.
L'épuisement des gisements "fossiles" (charbon, pétrole, gaz) et le dérèglement climatique sont présentés aujourd'hui comme ouvrant la voie à une nouvelle ère : celle de l'électricité. Une "quintessence" produite, cette fois, de façon "renouvelable", en particulier par le solaire ou l'éolien.
Thalès (625-547 av JC), grec de la ville de Milet, à la fois physicien, astronome et géomètre, est traditionnellement désigné comme le premier électricien. C’est par Aristote et Hippias que nous apprenons qu’il « communiquait la vie » aux choses inanimées au moyen de l’ambre jaune désigné sous le terme grec « ήlectron », êlektron, transcrit par le latin electrum et qui est à l’origine du mot électricité.
Communiquer la vie aux êtres inanimés…dès sa naissance l’électricité s’entoure de mystère.
L’ambre
Un rapide coup d’œil sur un dictionnaire contemporain nous apprend que l’ambre est une " résine dure et cassante, dont la couleur varie du jaune pâle au rouge et dont on fait des colliers, des articles pour fumeurs, etc.… ". La photographie qui accompagne ce texte nous montre un insecte prisonnier d’une pierre blonde à la transparence de cristal.
L’ambre, matière mythique de la Grèce antique, a conservé, encore aujourd’hui, une place importante dans l’artisanat du sud méditerranéen. Il alterne sur les colliers et les bracelets avec le corail et les perles d’argent filigrané. On pourrait croire ce minéral, comme la rose des sables, mûri au soleil du désert.
Pourtant l’ambre nous vient du froid.
Depuis des millénaires, les habitants des côtes de la Baltique recueillent ce don précieux de la mer, déposé sur le sable après chaque tempête. Son origine est-elle marine ou terrestre ? Depuis l’antiquité jusqu’à la fin du 18ème siècle, de longues controverses se succèdent avant qu’il soit admis que l’ambre est une résine fossilisée.
Il y a 40 à 50 millions d’années, dans une période que les géologues désignent par le nom d’Eocène, un climat tropical régnait sur l’Europe et la Scandinavie. Les pins producteurs de la résine, source de l’ambre, poussaient au milieu de palmiers dattiers, de séquoias, de thuyas, de cyprès, de cèdres et de la plupart des feuillus que nous trouvons encore dans nos contrées : chênes, hêtres, châtaigniers. Des nuées de moustiques, de mouches, de guêpes emplissaient l’air de leurs bourdonnements. Les fourmis, les scarabées, les scorpions grouillaient sous la mousse. Tout ce petit peuple venait s’engluer dans la résine encore fraîche. Au printemps, les magnolias et les rhododendrons fleurissaient au-dessus des tapis de genévriers et, même, de théiers qui poussaient là où le sol n’était pas inondé. L’eau, en effet, était partout présente. C’est elle qui a protégé la résine d’une oxydation qui l’aurait détruite. Cette eau alimentait des fleuves qui concentraient l’ambre à leurs embouchures, créant ainsi de riches dépôts.
Puis le climat s’est refroidi. Les glaciers qui ont recouvert l’Europe du Nord, ont transporté et déposé ces terres sédimentaires. L’ambre s’y trouve encore aujourd’hui. Quand, par chance, les gisements bordent les mers actuelles, l’érosion libère les blocs. La densité de l’ambre étant très peu supérieure à celle de l’eau de mer, les courants et les tempêtes l’amènent facilement sur les plages où il est commode de le pêcher.
Une matière attirante
Douce, chaude au toucher, écrin mystérieux d’insectes étranges, douée du don extraordinaire d’attraction à distance, cette pierre a certainement provoqué chez nos plus anciens ancêtres, la fascination qui est encore la nôtre.
Un morceau d’ambre perforé âgé de 30 000 ans, sans doute un talisman, est considéré comme le premier objet de cette matière associé à l’homme. Des ours, des chevaux sauvages, des sangliers, des élans y ont été façonnés par les hommes qui habitaient le Nord de l’Europe 7000 ans avant notre ère. Les agriculteurs du néolithique qui peuplaient les mêmes régions trois mille ans plus tard, se faisaient enterrer avec des colliers et des amulettes d’ambre. Durant les deux millénaires suivants, l’ambre se répand peu à peu dans toute l’Europe, jusqu’à la Méditerranée. Par les mêmes voies circulent le cuivre et l’étain qui feront s’épanouir les civilisations de l’âge du bronze.
A cette époque, de véritables routes commerciales sillonnent l’Europe.
Depuis le Jutland, elles prennent la route de l’Elbe ou celle du Rhin et du Rhône. De la Baltique orientale elles descendent l’Oder et la Vistule pour rejoindre la Méditerranée à travers la mer Noire. Une route maritime existe également qui descend de la Mer du Nord à travers la Manche et contourne l’Espagne pour rejoindre la Méditerranée.
Les tombes sous Tumulus des princes et princesses de l’âge du bronze fouillées dans le sud de l’Angleterre et sur les rivages des côtes armoricaines nous ont transmis de fabuleux trésors. L’ambre s’y associe à l’or pour exalter la puissance de leurs propriétaires.
En Grèce, l’ambre de la Baltique arrive vers 1600-1500 avant J-C. Les tombes de cette époque trouvées à Mycènes en contiennent des centaines de perles qui semblent avoir été importées déjà taillées. Peu de temps après, on trouve ce même ambre en Egypte dans les tombeaux royaux. Ce commerce semble avoir été la spécialité des Phéniciens. Il a fallu attendre le 4ème siècle avant J-C pour que Pythéas, grec de la colonie de Marseille, nous donne le récit de son voyage vers les mers de la Baltique où il aurait lesté son navire par des blocs d’ambre.
Les larmes des Héliades.
Dans la mythologie grecque, l’ambre est de nature divine. Ce sont les rayons d’Hélios, dieu du soleil, pétrifiés quand l’astre s’enfonce dans les flots. Ce sont les larmes des Héliades, nymphes mortelles, qui pleurent, chaque soir, la mort de leur frère Phaéton.
Phaéton, fils d’Hélios, avait obtenu la permission de conduire le char du soleil. Hélas, il ne sut pas maîtriser les chevaux ailés de l’attelage. Celui ci se rapprocha de la terre. Des montagnes commencèrent à brûler, des incendies dévastèrent les forêts, la sécheresse gagna de vastes zones qui devinrent des déserts. Zeus, dans sa colère, lança sa foudre sur Phaéton et le fit s’abîmer dans les flots du fleuve Eridan (souvent associé au Pô, l’une des voies d’entrée de l’ambre mais désignant également les mers bordées par le pays des celtes et des germains). Accourues sur les rives du grand fleuve, les Héliades, sœurs de Phaéton, restèrent inconsolables. Les dieux, par compassion, les transformèrent en peupliers pour qu’elles puissent éternellement accompagner de leurs pleurs, la disparition du soleil couchant. Leurs larmes, figées en perles dorées, deviennent la plus belle parure des femmes grecques.
Rubens. Chute de Phaeton
Les noms de l’ambre.
"êlektron", tel est donc le nom qui nous vient des grecs. Pour désigner l’ambre, les latins nous ont transmis le terme de succin (succinum), dérivé de sucus (jus, sève). Le mot "ambre", quant à lui, pourrait provenir d’une suite de traductions malheureuses. Les Arabes désignaient par Haur roumi (peuplier romain) l’arbre dont ils considéraient la sève comme source du succin. Ce mot transformé en "avrum" par les traducteurs latins des auteurs arabes aurait été confondu avec "ambrum" qui désignait l’ambre gris, "anbar" en arabe. L’ambre gris, concrétion odorante qui se forme dans les intestins des cachalots et qui sert en parfumerie, n’a cependant rien de commun avec l’ambre jaune. Seul le nom les confond en français comme en espagnol (ambar) ou en anglais (amber).
L’allemand utilise le mot "bernstein" qui évoque une "pierre qui brûle". Les populations nordiques rencontrées par Pythéas étaient, en effet, réputées pour utiliser l’ambre comme combustible. Les slaves utilisent le mot gentar ou jantar signifiant amulette. Le mot « goularz » du breton armoricain pourrait évoquer la lumière (goulou) et serait, dans ce cas, proche du mythe grec.
Chaque langue exprime, ainsi, l’un des aspects du mythe de l’ambre : celui d’une pierre de soleil ou de lumière, celui d’une pierre qui attire, celui d’une pierre qui protège, celui d’une pierre qui guérit. L’ambre n’a laissé aucun peuple indifférent.
Mais que nous rapportent les auteurs grecs en dehors du mythe ? Peu de choses en vérité. Ils savent, au mieux, que l’ambre attire mais n’indiquent pas toujours qu’il faut d’abord le frotter.
Le phénomène reste donc très superficiellement étudié. Rien n’évoque le début d’une pratique ou d’une réflexion qui s’apparente à un comportement "scientifique". Contrairement à la chimie, qui peut se réclamer d’une tradition remontant aux origines mêmes des civilisations humaines, la science électrique n’a pas de véritable préhistoire.
Le long sommeil de l’ambre.
L’amélioration des transports, alliée à la richesse des gisements, fait perdre progressivement à l’ambre sa valeur marchande. Inévitablement, son caractère « magique » s’en trouve amoindri. Il se prolonge cependant sous la forme des propriétés médicinales qui lui sont attribuées.
Les colliers de perles d’ambre gardent particulièrement toute la faveur des guérisseurs. On trouve couramment dans la littérature académique du 18ème siècle, la mention de colliers portés pour guérir des migraines, des maladies des yeux ou de la gorge. Un ouvrage d’archéologie publié au début du 20ème siècle décrit ces colliers talismans portés par certaines familles bretonnes du Morbihan. L’auteur les imagine issus des tumulus, ces "roches aux fées" ou ces "cavernes du dragon" si souvent visitées par leurs ancêtres.
Un morceau d’ambre est, encore aujourd’hui, donné à mâcher aux enfants des rives de la Baltique pour les soulager des maux de dents. Notre siècle semble être celui où les vieux mythes sont réactivés. L’ambre est revenu au centre d’un commerce qui se pare des vertus de l’ésotérisme. On peut acheter sur internet les colliers qui feront courir aux bébés des risques d’accident que la simple sagesse devrait conduire à éviter.
De l’ambre au succin.
De façon plus académique, l’ambre, sous le nom de succin est à la base d’une foule de remèdes préparés par les apothicaires jusqu’à la fin du 18ème siècle et peut-être même au-delà. On peut l’utiliser sous forme de poudre mais aussi en solution. Témoin cette recette ramenée de Copenhague en 1673 par Thomas Bartholin, correspondant de l’Académie des Sciences de Paris : " faire brûler en cendres du sang et une peau de lièvre dans un vaisseau neuf, la lessive de ces cendres bien chaude dissout, dit-on, le succin qu’on y jette". Un remède préparé avec de tels raffinements devait nécessairement être efficace.
Si l’on en croit la liste des maux qu’il est supposé guérir, le succin serait effectivement une véritable panacée. Une telle universalité ne peut, cependant, qu’alerter un esprit critique. Des médecins scrupuleux la mettent en doute. Par exemple M.J Fothergill, du collège des médecins de Londres qui considère, dans un article publié en 1744, que seul le « préjugé » en a maintenu l’usage en médecine et plaide pour une entreprise d’assainissement de la science médicale : "Si des personnes habiles et expérimentées voulaient consacrer leurs loisirs à nous instruire de l’inefficacité des méthodes et des remèdes semblables à celui-ci, la Médecine serait renfermée dans des bornes plus étroites".
Même si on trouve, encore aujourd’hui, l’acide "succinique" dans la liste de nos produits pharmaceutiques, le succin a certainement un intérêt thérapeutique limité. Par chance, cependant, sa présence prolongée dans les officines des pharmaciens et dans les cabinets des médecins, aura eu le mérite de le sauver de l’oubli.
C’est donc un médecin, William Gilbert qui, au 17ème siècle, saura étudier les propriétés attractives de l’ambre avec le nouveau regard de la science naissante et pourra, mieux que Thalès, prétendre au titre de "premier électricien".
Voici un ouvrage à mettre entre toutes les mains, celles de nos élèves dès les classes de premières S et STI de nos lycées, et entre les mains de tous les futurs enseignants de sciences physiques et de physique appliquée (tant qu’il en reste encore !).
L’auteur est un collègue professeur de sciences physiques, formé à l’histoire des sciences, et formateur des enseignants en sciences dans l’académie de rennes. Bref quelqu’un qui a réfléchi tant à l’histoire de sa discipline qu’à son enseignement et sa didactique, et cela se sent. Le style est fluide et imagé, bref, plaisant au possible...
...voici donc un bon ouvrage permettant de se construire une culture scientifique sans l’âpreté des équations de la physique.
Science et magie semblent deux adversaires irréconciliables. A y regarder de près elles peuvent aussi s’alimenter l’une et l’autre.
L’observation et l’analyse de pratiques magiques aboutit parfois à des découvertes scientifiques.
La magie se colore à son tour du vocabulaire et du prestige de la science pour renforcer et étendre son territoire.
Ce va-et-vient est particulièrement visible dans le domaine de l’électricité et du magnétisme. Nous essaierons de le mettre en lumière à différents moments du développement de ces sciences.
"Il y a quelques années, après avoir écrit les dernières lignes d’un long ouvrage, la Nouvelle Géographie universelle, j’exprimais le vœu de pouvoir un jour étudier l’Homme dans la succession des âges comme je l’avais observé dans les diverses contrées du globe et d’établir les conclusions sociologiques auxquelles j’avais été conduit. Je dressai le plan d’un nouveau livre où seraient exposées les conditions du sol, du climat, de toute l’ambiance dans lesquelles les événements de l’histoire se sont accomplis, où se montrerait l’accord des Hommes et de la Terre, où les agissements des peuples s’expliqueraient, de cause à effet, par leur harmonie avec l’évolution de la planète.
Ce livre est celui que je présente actuellement au lecteur."
"accord des Hommes et de la Terre... harmonie avec l'évolution de la Planète...". On peut comprendre que la mouvance écologiste considère, à juste titre, Élisée Reclus comme l'un des premiers d'entre eux.
Elisée Reclus prononcerait-il encore la phrase aujourd'hui ? La place de l'homme dans la nature est-elle si positive ?
Au moment où apparaît la notion d'Anthropocène, liée à la responsabilité de l'espèce humaine dans le dérèglement climatique et l'effondrement de la biodiversité, comment encore retenir l'idée, que l'espèce "Homo Sapiens" serait l'unique détentrice d'une "conscience" qui serait celle de la Nature dans son ensemble ? Élisée Reclus prononcerait-il cette même phrase s'il pouvait constater, comme nous le faisons à présent, le rôle destructeur de l'activité humaine.
De Engels à Reclus.
Déjà avant Reclus, l'anarchiste, la même phrase avait été écrite, presque mot pour mot, par Friedrich Engels, le communiste, en introduction de sa "Dialectique de la Nature" rédigée vers 1875 (mais publiée après sa mort en 1925).
Citant la publication de Copernic comme "l'acte révolutionnaire" par lequel la science de la Nature proclamait son indépendance vis à vis des religions, il constatait que le développement des sciences avait avancé dès lors à "pas de géant". Et il ajoutait : "Il fallait, semble-t-il, démontrer au monde que, désormais, le produit le plus élevé de la matière organique, l'esprit humain, obéissait à une loi du mouvement inverse de celle de la matière organique".
Et pour être plus précis :
"A partir des premiers animaux se sont développés essentiellement par différenciation continue, les innombrables classes, ordres, familles, genres et espèce d'animaux, pour aboutir à la forme où le système nerveux atteint son développement le plus complet, celle des vertébrés, et à son tour, en fin de compte, au vertébré dans lequel la nature arrive à la conscience d'elle même : l'homme".
De tels propos, aujourd'hui, vaudraient à son auteur d'être taxé d'adepte de la théorie du "dessein intelligent" diffusée par les cercles conservateurs chrétiens américains. Surtout quand Engels va jusqu'à affirmer l'immortalité de la conscience humaine. Après avoir évoqué l'inévitable fin du Soleil et de la Terre, si la Nature, écrivait-il"doit sur terre exterminer un jour, avec une nécessité d'airain, sa floraison suprême, l'esprit pensant, il faut avec la même nécessité que quelque part ailleurs et à une autre heure elle le reproduise". Sacraliser ainsi "l'esprit" humain est plutôt déroutant chez un théoricien du matérialisme dialectique.
Revenons à Élisée reclus : "L’Homme vraiment civilisé aide la terre au lieu de s’acharner brutalement contre elle ; il apprend aussi comme artiste, à donner aux paysages qui l’entourent plus de grâce, de charme ou de majesté. Devenu la conscience de la terre, l’homme digne de sa mission assume par cela même une part de responsabilité dans l’harmonie et la beauté de la nature environnante."
"L'Homme, conscience de la Terre et acteur de son harmonie et de sa beauté"? On ne peut que la souhaiter cette humanité devenue "civilisée" que le courant écologiste s'emploie à faire naître. Élisée Reclus, qui a ouvert la voie, voudrait-il, cependant, encore honorer "L'Homme" du titre de "conscience de la Nature" devant l'étendue des dégâts que "l'inconscience" de humains des pays industrialisés provoque dans l'ensemble du monde vivant depuis le début du 19ème siècle?
Voir encore sur "La terre au carré"
Penseur engagé, il prit part à tous les débats politiques et scientifiques du XIXe siècle, se liant aussi bien à Bakounine et Louise Michel qu’à Darwin. Il apporta aux luttes sociales de son temps une touche originale : la prise en compte de notre environnement naturel commun.
Une proposition de lecture : de l'homme et du microbe.
Quelle est la place de l'humain dans la Nature ? Marc André-Sélosse nous répond : il n'y est jamais seul.
"Au fil d’un récit foisonnant d’exemples et plein d’esprit, Marc-André Selosse nous conte cette véritable révolution scientifique. Détaillant d’abord de nombreuses symbioses qui associent microbes et plantes, il explore les propriétés nouvelles qui en émergent et modifient le fonctionnement de chaque partenaire. Il décrypte ensuite les extraordinaires adaptations symbiotiques des animaux, qu’ils soient terrestres ou sous-marins. Il décrit nos propres compagnons microbiens – le microbiote humain – et leurs contributions, omniprésentes et parfois inattendues.
Enfin, il démontre le rôle des symbioses microbiennes au niveau des écosystèmes, de l’évolution de la vie, et des pratiques culturelles et alimentaires qui ont forgé les civilisations."
"Nous avons cru que nous étions différents des autres, nous avons cru que nos divinités étaient plus fortes, nos bras plus solides, nos esprits imbattables.
Nous avons cru, péché mortel, que nous étions l'espèce élue. Pas le peuple élu, pas la race élue, non, bien mieux que ça : l'espèce élue !
C'est l'homme qui créa dieu à son image, et non l'inverse. C'est un homme qui créa l'arche où il amena tous les animaux pour les sauver du déluge. Plus fort que les lions,plus malin que les renards, plus organisé que les fourmis, plus bâtisseur que les castors, il était, tout au bout de la chaîne du vivant, l'objectif ultime de l'évolution. Juste avant l'ange. Il avait ainsi fini par oublier qu'il était mortel, en tant qu'individu, et en tant que civilisation.
Darwin n'a pas suffi. Même assis au bord du cimetière, nous croyons toujours en l'exception humaine. Comprendre d'une part que les espèces sont d'une façon ou d'une autre interreliées et que d'autre part l'homme n'est pas la finalité de la vie sur Terre, est un immense cheminement de la conscience qu'il est difficile, même aux plus éclairés, d'entreprendre."
Et en épilogue, après cette phrase d'Edgard Morin : "Le probable est la désintégration, l'improbable mais possible est la métamorphose...", ce dialogue entre Claude Lorius et Laurent Carpentier :
- J'ai monté du whisky. Pur malt. Pas le meilleur mais il me reste encore dans ma carrée des glaçons du glacier, spécial 100 000 ans d'âge...
- Mieux vaut en profiter tant qu'il en reste !
- A quoi buvons-nous ?
- A la santé du vieux monde. Qu'il en naisse un meilleur... Parce que si j'accepte d'être une virgule sur le fil du temps, crois bien que je refuse d'en être le point final."
Après mes archives sur la lutte de Plogoff, j’ai déposé, au CRBC, mes archives sur les luttes contre la base de sous-marins nucléaires de l’Île Longue. Le fonds se compose de communiqués, correspondances, coupures de presse, affiches, rapports et publications administratives ou médiatiques autour des manifestations antinucléaires, principalement dans le Finistère (Plogoff, Crozon, île Longue).
Plogoff a gagné ! En moins d’une seconde la joie explose, dans le local de Radio-Plogoff, en ce 10 mai 1981.
Pour la première fois, une résistance de cinq ans, marquée par les affrontements de six semaines d’enquête publique, a fait reculer le colosse EDF et le lobby nucléaire.
Près de 25 ans plus tard un livre, “Plogoff, un combat pour demain” retrace les étapes essentielles de cette lutte.
Il nous mène à la Pointe du Raz mais il s’inscrit également, de Malville au Larzac, dans le contexte des luttes menées en France dans les années 1970/1980.
Il parle de Three mile Island, de Tchernobyl et des risques que nous fait courir la dissémination nucléaire.
Il parle de l’effet de serre, du réchauffement climatique et rappelle l’espoir né à Plogoff d’expérimenter, à une échelle locale une politique d’économie d’énergie et de développement des énergies renouvelables.
Il rappelle les promesses non tenues et les 20 années perdues.
Ecrit, avec une volonté narrative, c’est un travail de mémoire qui, au-delà du mythe de Plogoff, cherche à situer les responsabilités politiques d’hier et d’aujourd’hui au moment où le gouvernement français relance la politique de dissémination nucléaire de la France au travers des centrales EPR (European Pressurised Réactors).
Venue trop tard, la victoire de Plogoff, malgré la solidarité active apportée aux autres sites, n’a pas permis d’infléchir le premier programme nucléaire français. Puisse l’expérience de cette lutte aider, aujourd’hui, ceux qui, à Flamanville et ailleurs reprennent le flambeau.
Alors que nous luttions contre le projet de construction d’une centrale nucléaire à Plogoff, dans la pointe du Raz, certains de ses partisans nous interpellaient : « vous luttez contre une pacifique centrale électrique, mais vous oubliez que vous avez à votre porte, à L’Île Longue, une base de sous-marins nucléaires dont les missiles sont destinés à faire des millions de morts » .
Erreur, nous n’avions pas oublié !
A peine un mois après l’élection de François Mitterrand en mai 1981, qui annonçait l’arrêt du projet de Plogoff, nous étions nombreux à manifester dans la presqu’île de Crozon pour rappeler que le nucléaire c’est aussi, et d’abord, la bombe nucléaire. Nous n’avions pas attendu que le président Macron vienne au Creuzot déclarer que « Sans nucléaire civil, pas de nucléaire militaire, sans nucléaire militaire, pas de nucléaire civil », nous le savions déjà pour bien connaître l’histoire du nucléaire en France dont le premier des objectifs avait été l’arme nucléaire. La version civile ne nous avait pas encore donné la preuve de sa dangerosité avec Tchernobyl et Fukushima par contre le militaire n’avait rien à prouver depuis Hiroshima et Nagasaki. Le message que nous voulions alors adresser à nos concitoyens a pris une inquiétante actualité avec l’agression de la Russie contre l’Ukraine.
Octobre 2018. Les délégués des États de l'ONU, réunis à Incheon en Corée du Sud avaient eu à se pencher sur le dernier rapport des scientifiques du GIEC consacré à la montée des dérèglements climatiques et au retard pris pour les contrer. A l'évidence, ce dernier rapport avait révélé aux scientifiques eux-mêmes l'étendue de la catastrophe prévisible.
Pour ne pas décourager ou démobiliser ceux et celles qui leur font confiance, ils préfèrent taire les pensées et les émotions qu'ils ne peuvent refouler quand ils quittent leur laboratoire. Plusieurs d'entre eux interrogés, par la chaîne « France Info », au moment où ils allaient publier leurs résultats, laissent pourtant parler le langage du cœur. Parmi ceux-ci Valérie Masson-Delmotte, qui a coprésidé la cession du Giec d'octobre 2018 en Corée. « C'est quelque chose qui prend une place importante dans ma vie quotidienne. C'est quelque chose qui nous tourne dans la tête tout le temps » confie-t-elle. « Il y a un peu parfois l'impression d'observer une tragédie grecque. Vous savez ce qu'il va se produire et vous voyez les choses se produire ».
« Quelque chose qui nous tourne dans la tête tout le temps », telle est aussi la place du nucléaire pour beaucoup d’entre nous. J’en suis. Comment l’oublier quand, en France, qu’il soit civil ou militaire, pas un mois sans qu’il ne s’impose dans les médias comme un nouveau Jupiter dont la foudre risque à chaque moment de s’abattre sur nos têtes.
Pourtant l’histoire du nucléaire est d’abord celle d’une fabuleuse quête, depuis les premiers moments de la « fée électricité »jusqu'à à la découverte de la radioactivité qui a provoqué une véritable révolution dans la chimie, la physique, la biologie, la médecine. Enseignant les sciences physiques en lycée, la partie du programme relatif à la physique nucléaire, m’a donné l’occasion, chaque année, de redécouvrir, avec mes élèves, les hasards et les intuitions des hommes et femmes qui ont suivi ce long cheminement qui a mené aux découvertes majeures de Becquerel et de Marie Curie. C'est ce récit que je propose de partager ici.
Mais c’est aussi en France que le désir des physiciens d’en savoir plus sur l’organisation de la matière a ouvert la boîte de Pandore qui a amené Hiroshima et Nagasaki. Comment ne pas questionner cette folie qui a conduit une poignée de pays de la Planète, dont la France, à accumuler les armes nucléaires capables de détruire l’ensemble de l’humanité.
"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 sera pas nuisible" s'interrogeait Pierre Curie à l'occasion de la remise de leur prix Nobel à Pierre et Marie Curie en 1903. Déjà sont posés les deux moments de la tragédie nucléaire que nous souhaitons exposer ici.
Cette histoire commence il y a trois siècle avec la naissance de cette science nouvelle : l’électricité. Si l’on retient que le philosophe grec Thalès a été le premier à signaler la propriété attractive de l’ambre jaune, le véritable père de l’électricité est l’anglais William Gilbert qui a montré cette propriété dans la plupart des corps et en particulier dans le soufre et le verre. Une propriété à laquelle il a donné le nom d’électricité en référence au terme « elektron » par lequel les grecs anciens désignaient l’ambre jaune. La découverte a permis à tout un chacun de s’emparer du phénomène électrique. Le plus simple bâton de soufre ou le plus banal des tubes de verre donnent déjà de beaux effets. Mais ces matériaux se prêtent surtout à la fabrication de "machines" qui viendront compléter les "cabinets de curiosités", attraction obligatoire de toute demeure noble ou bourgeoise qui se respecte, dès la deuxième moitié du 17ème siècle. L’une d’entre elles aura une influence essentielle sur la suite de ce récit.
Machine de Hauksbee.
On connaît mal les premières années de la vie de Hauksbee ( ?-1713). Autodidacte, il est remarqué par Newton. En décembre 1703, le célèbre physicien, auteur de la loi de gravitation universelle, devient président de la Royal Society of London, la plus importante Académie scientifique anglaise. Il engage Hauksbee comme son expérimentateur principal. Jusqu’en 1705, celui-ci anime donc les séances de l’Académie. A partir de cette date il s’oriente vers l’étude de la phosphorescence "mercurielle" ou "barométrique".
À Florence, en 1643, le Evangelista Torricelli (1608-1647), en renversant un tube empli de mercure sur une cuve pleine du même métal, constate que le mercure descend dans le tube pour s'arrêter à une hauteur constante 28 pieds (76cm). Il découvre ainsi à la fois la pression de l'atmosphère et l'existence du vide. Bientôt, une observation faite de façon fortuite intrigue les physiciens. Quand on bouscule, dans l’obscurité, un tube barométrique de Toricelli, une lueur phosphorescente apparaît dans le vide libéré à la partie supérieure du tube. Au moment où Hauksbee s’attaque au problème, il est généralement admis que cette lueur provient d’une émanation du mercure. Pour sa part il choisit d’user de méthode et d’étudier les rôles respectifs du vide, du verre et du mercure.
Hauksbee emplit partiellement de mercure un ballon dans lequel il fait le vide. L’ensemble reste obscur tant que le liquide reste immobile. Il est donc clair que le vide n’est pas suffisant mais que, par contre, le frottement, provoqué par le mouvement, est indispensable. Frottement sur le mercure ou sur le verre ? A partir de novembre 1705 Hauksbee utilise, pour répondre à cette question, un montage qui fait abstraction du mercure. Il s’agit d’une sphère de verre munie de deux pièces de cuivre diamétralement opposées lui servant d’axe. Cette sphère peut être mise en mouvement rapide en la plaçant sur une machine inspirée d’un tour de menuisier. Mais sa propriété essentielle est d’avoir été conçue pour qu’on puisse y réaliser le vide. Hauksbee a pris la précaution de ménager un robinet dans une des pièces de l’axe qui peut être relié à une pompe à vide.
La machine électrique de Hauksbee. Un robinet permet d’y faire le vide
(Louis Figuier, Les Merveilles de la Science)
La sphère, vidée de son air, est mise en mouvement et frottée par la main de l’expérimentateur. Soudain, dans l’obscurité, la sphère s’emplit d’une forte lueur diffuse. Un mur situé à dix pieds en est éclairé. Un livre tenu à proximité du globe peut être lu. Quand un doigt s’approche de la sphère, la lumière se concentre en filaments qui semblent attirés par ce doigt. La lumière diminue progressivement quand, peu à peu, on laisse entrer l’air dans le tube.
Même quand la pression atmosphérique est atteinte, on peut encore arracher quelques lueurs au globe. Elles sont externes cette fois, et se présentent sous la forme nouvelle d’étincelles. Hauksbee hésite encore mais pour Newton, la cause est entendue : La lumière ne provient ni du vide, ni du mercure mais du verre !
Nous savons à présent que, si c’est bien le verre qui est électrisé par le frottement, la lueur, elle, provient de l’air. Dans le globe "vide", il reste encore du gaz résiduel et celui-ci est "ionisé" sous l’effet du champ électrique créé par la friction du verre. Il devient, par ce fait, lumineux, à l’image du néon dans un tube d’éclairage. Naturellement cette interprétation était impossible à qui n’avait ni la connaissance de la nature de l’air, ni, à plus forte raison, de l’existence et de la constitution des atomes. Cette "phosphorescence électrique" continuera à obséder des générations de physiciens
Le relai de l’Abbé Nollet.
Parmi ceux-ci, l’abbé Nollet (1700-1770). Considéré comme le plus célèbre démonstrateur de son temps, il reprend ces expériences dans une mise en scène qui leur a assuré une durable publicité.
Expérience des vases lumineux réalisée par l’abbé Nollet
Recherches sur les causes particulières de l'électricité.
Sa méthode était plus efficace. Au lieu de frotter le récipient de verre, il l’électrisait en faisant pénétrer, à son autre extrémité, le classique canon de fer, suspendu par des cordons de soie, qui recevait l’électricité du globe de la machine électrique de sa conception. L’expérience était réalisée dans l’obscurité. Laissons parler Nollet :
"Si vous portez la main au robinet de métal qui tient à l’un des goulots du matras purgé d’air ou que vous approchiez vos doigts de la surface du verre tandis qu’on électrise le conducteur : vous verrez dans l’intérieur du vaisseau plusieurs jets d’une matière très lumineuse ; et si vous le touchez, vous apercevrez une pareille matière qui se répand dans son épaisseur, à peu près comme une huile imprégnée de phosphore." (Nollet, leçons de physique expérimentale). Notons que le terme de phosphore ne fait ici nullement référence à l’élément chimique dont la découverte en Europe date de la fin du 17ème siècle mais de façon générale, en accord avec l’étymologie grecque, à tout "porteur de lumière". Pour Nollet, l’expérience indique qu’il est "très probable que la matière électrique est la même que celle du feu et de la lumière".
Bien plus tard, Faraday (1791-1867), en Angleterre, s’intéresse à son tour au phénomène. Il utilise un tube muni de deux électrodes à ses extrémités et dans lequel il peut faire le vide. Quand le vide n’est pas poussé à son maximum, une lueur l’emplit dès que les électrodes sont reliées à une source de haute tension. Poussant plus loin le vide, il observe une frange sombre dans la colonne lumineuse du côté de l’électrode négative (la cathode). Cette zone sans lumière s’élargit quand le vide augmente. Cette observation sera mise à profit par son compatriote William Crookes.
William Crookes et la matière radiante.
L’étude des décharges dans les gaz raréfiés prend une nouvelle vigueur avec William Crookes (1832-1919). Le savant britannique est déjà célèbre pour son radiomètre. L’appareil est encore commercialisé, souvent sous forme de curiosité. C’est un rotor léger, constitué par un ensemble de quatre plaques carrées dont l’une des faces est blanche et l’autre noire. Placé dans une ampoule vide de son air, le rotor tourne sous l’action de la lumière. Crookes en avait fait un usage scientifique, en particulier pour la mesure des radiations invisibles comme les radiations infrarouges.
Crookes accepte la théorie cinétique des gaz proposée par Bernoulli. Celui-ci considère les gaz comme formés de molécules se déplaçant en ligne droite mais changeant rapidement de direction à l’occasion des chocs avec les autres molécules ou les parois des vases les contenant. Dans les tubes de Faraday, Crookes fait l’hypothèse que les molécules se chargent d’électricité au contact de la cathode et en sont violemment repoussées. Si le vide est insuffisant elles rencontrent rapidement d’autres molécules, la violence du choc se traduisant par une émission lumineuse.
Si on pousse le vide, la trajectoire rectiligne des molécules, perpendiculairement à la surface de l’électrode, s’allonge et un espace sans lumière apparaît. Celui qui avait déjà été observé par Faraday. Un vide très poussé, comme celui auquel parvient Crookes, fait même disparaître tout effet lumineux à l’intérieur du tube. Seul est visible l’impact du faisceau sur le verre qui s’éclaire à l’endroit où il le rencontre.
Pour mettre en évidence l’existence de ce jet invisible, supposé être constitué de molécules, Crookes a l’idée de leur opposer des obstacles. Un montage célèbre est celui d"une roue à palettes montée sur des rails de verre. Soumise au rayonnement, elle tourne et avance. On peut choisir le sens du mouvement en choisissant l’électrode alimentée.
On peut aussi placer dans le tube un écran fluorescent, par exemple recouvert de sulfure de carbone. Placé légèrement incliné le long du trajet du faisceau, il le rend visible. Le montage est encore présent dans nos lycées pour l’étude des rayonnements cathodiques.
Autre méthode : présenter sur le trajet du faisceau un obstacle dont l’ombre se verra sur l’extrémité élargie du tube. Le tube muni d’une croix inclinable à volonté deviendra un équipement classique des laboratoires.
Il résulte de cette étude une observation qui mériterait explication : les particules suivent un trajet rectiligne toujours perpendiculaire à la surface de la cathode. La place de l’anode n’a aucune influence. Il ne s’agit donc pas d’un "courant électrique" passant d’une électrode à l’autre mais d’un phénomène de type nouveau qui sera désigné par le terme de "rayonnement cathodique".
Le 16 janvier 1880 Crookes exécute ses expériences devant la Société française de physique. Elles laissent les spectateurs perplexes. Le rayonnement est dévié par l’approche d’un corps chargé d’électricité et se comporte comme constitué de particules chargées d’électricité négative. Mais il est également dévié par un aimant comme le serait un courant électrique. Alors, flux de charges électriques ou courant d’électricité ?
Deux pinceaux parallèles sont créés à partir de deux cathodes voisines. Vont-ils se repousser car constitués de particules de même charge ou s’attirer comme le font deux courants électriques de même sens ? Ils se repoussent, ce sont donc des particules chargées d’électricité et non des courants électriques tels que pouvait les décrire Ampère.
Mais quel type de particules ? Ces expériences se font dans des tubes où le vide est extrême. Crookes a mis au point des machines "pneumatiques" qui permettent de faire un vide particulièrement poussé. En les faisant fonctionner longtemps (jusqu’à quinze jours) il arrive à un vide qu’il estime à un millionième d’atmosphère. Les particules chargées ne peuvent donc pas être des molécules d’air résiduel. Crookes imagine un quatrième état de la matière, la "matière radiante", dont une des caractéristiques sera cette propagation rectiligne à partir de la cathode
Il faudra attendre la fin du siècle avec J.J. Thomson et la découverte de l’électron pour trouver une explication du phénomène acceptable par l’ensemble du monde scientifique.
Thomson et la découverte de l'électron.
Joseph John Thomson (1856-1940) est né près de Manchester. Après ses premières années de scolarité dans cette ville il rejoint le Trinity College à Cambridge où il effectue de brillantes études de mathématiques appliquées à la physique. Nourri des théories de Maxwell, qui a été son professeur, il imagine, dès 1883, un modèle présentant l'atome sous la forme de tourbillons d'éther entrelacés. L'année suivante il est nommé professeur de physique expérimentale à Cambridge et placé à la tête du "Cavendish Laboratory" dans lequel, avant lui, Maxwell et Rayleigh avaient développé de rigoureuses pratiques expérimentales liées à la détermination des standards nécessaires au développement de l'industrie électrique comme, par exemple, la détermination de la valeur de l'ohm étalon initiée par le congrès international des électriciens de 1881.
J.J. Thomson est, quant à lui, plutôt attiré par la physique théorique. Ses premières réflexions sur la structure des atomes l'amènent à orienter le laboratoire vers l'étude des décharges électriques dans les gaz, étude dans laquelle son compatriote Crookes s'était déjà illustré. Le sujet de la nature des "rayons cathodiques" est alors l'objet de controverses entre les physiciens britanniques qui les considèrent comme constitués de particules chargées et les physiciens allemands qui y voient des ondes électromagnétiques se propageant dans l'éther. Héritier, à la fois, de Crookes et de Maxwell, Thomson se place ainsi au centre du conflit.
Parmi ses collaborateurs Thomson compte de précieux expérimentateurs comme Ernest Rutherford ou Charles Thomson Rees Wilson qui a mis au point une "chambre à condensation" dans laquelle de fines gouttelettes de brouillard se forment autour des particules de gaz ionisé. La mesure de leur vitesse de chute dans un champ électrique permettra d'en mesurer la charge et la masse.
En 1897, Thomson publie un article, devenu célèbre qui fait le point sur leurs premiers travaux. Après Perrin en 1895, il y décrit les rayons cathodiques comme formés de "corpuscules" arrachés aux atomes. Mesurant le rapport de leur masse à leur charge, il estime qu'ils ont une masse deux mille fois plus petite que celle de l'atome d'hydrogène et qu'ils sont animés d'une vitesse de l'ordre de 200 kilomètres par seconde. Plus tard le physicien allemand Emil Wiechert estimera cette vitesse entre le dixième et le cinquième de la vitesse de la lumière soit entre 30 000 kilomètres et 60 000 kilomètres par seconde. Par ailleurs la chambre de Wilson sera mise à contribution pour confirmer la faible masse de ces particules et mesurer leur charge électrique. Ces "corpuscules" seront plus tard désignés par le nom d'électrons, un terme initialement créé par le physicien irlandais George Johnstone Stoney pour désigner "l'atome d'électricité" intervenant dans les électrolyses.
Ces "électrons" ont cependant du mal à s'imposer tant leurs propriétés semblent extraordinaires. Un article de la revue "La Nature", daté de 1898, estime que leur énergie pour un seul gramme de matière rayonnée serait équivalente à celle de "10 000 trains de cent tonnes marchant à près de 100 kilomètres-heure". Pour la première fois les atomes révèlent la formidable réserve d'énergie que recèle leur structure. La conviction du monde scientifique sera finalement acquise quand on mettra en évidence l'existence de ces mêmes électrons dans l'effet photo-électrique puis dans le rayonnement radioactif.
Le tube de Crookes est présent dans tous les laboratoires, petits ou grands, de l'ensemble de l'Europe. Plusieurs chercheurs, dont Hertz, avaient mis en évidence l'existence d'un rayonnement sortant du tube à partir de la zone d'impact des rayons cathodiques sur le verre. Ce rayonnement pensaient-ils ne pouvait être que de nature lumineuse. Une lumière particulière capable de traverser une fine plaque d'aluminium et d'impressionner une plaque photographique placée derrière elle.
Lénard, élève et préparateur de Hertz perfectionne la méthode en utilisant un tube fermé par une mince feuille d'aluminium. Le tube lui même est enfermé dans un cylindre métallique afin que la phosphorescence provoquée par le rayon cathodique à l'intérieur du tube ne viennent pas perturber l'observation. Par ce moyen il vérifie la possibilité d'impressionner un papier photographique enfermé dans une boîte ou de rendre lumineux un écran fluorescent placé à quelque distance.
Il approche de très près une découverte d'importance. C'est son collègue Wilhelm Röntgen qui sera à ce rendez-vous.
Röntgen et les rayons X.
Wilhelm Röntgen (184(-1923) est professeur à l'université Julius Maximilian de Würzburg en Allemagne. L'observation qu'il révèle en décembre de l'année 1895 va rapidement faire le tour de l'Europe.
«Si on laisse passer la décharge d'une grosse bobine de Ruhmkorff à travers un tube à vide et que l'on recouvre le tube d'un manteau suffisamment ajusté de carton noir mince, écrit-il, on voit alors, dans la pièce complètement obscure, qu'un écran de papier recouvert de platinocyanure de baryum, amené à proximité de l'appareil, s'illumine fortement et devient fluorescent lors de chaque décharge. Cette fluorescence est encore visible à deux mètres de l'appareil. On est rapidement convaincu que cette fluorescence provient de l'appareil à décharge et d'aucun autre endroit de la conduite électrique.»
Il constate alors que ces rayons, jusqu'alors inconnus et qu'il baptise pour cette raison rayons "X", sont si pénétrants qu'ils sont capables non seulement de traverser l'air mais aussi le verre, le papier, le bois. L'observation a déjà été faite mais Röntgen réalise une expérience inédite qui parle immédiatement à l'imagination. S'il place sa main entre le tube et l'écran. Il en voit alors distinctement l'ombre et aperçoit également celle, plus claire, de ses os. Voir à travers le corps humain, quoi de plus merveilleux ? On est bien loin des austères observations de laboratoire !
En recevant le rayonnement sur une plaque photographique encore plus sensible que l'oeil humain, il prouve que tout ceci n'est pas une illusion et il en laisse une trace qu'il peut immédiatement diffuser dans l'Europe entière.
Méticuleux, Wilhelm Röntgen va rester seul dans son laboratoire durant, dit-on, sept semaines pour multiplier les observations. Quand il publie ses premiers clichés, et en particulier la photo d'une main féminine, celle de son épouse, portant une bague, c'est une véritable frénésie qui s'empare des laboratoires tous équipés du matériel qui permet de les reproduire dans l'instant.
L'épopée des Rayons X.
Dès lors nous allons suivre l'avancée fulgurante des applications imaginées pour ces rayons inconnus à travers les articles de "La Nature" (revue de vulgarisation scientifique fondée en 1873 par Gaston Tissandier) . Elles recouvrent, dès les premiers mois, l'ensemble des applications actuelles. Nous constaterons que l'exaltation détruit tout réflexe de précaution.
Décembre 1895. Annonce de la découverte des rayons X de M. le professeur Wilhelm Conrad Röntgen.
Février 1896. Un premier article dans la revue "La Nature" avec la photographie du squelette d'une main. "Est-il nécessaire d'insister sur les immenses applications de cette nouvelle découverte ?" écrit l'auteur de l'article, " La possibilité de voir à travers le corps humain donnera au médecin un puissant moyen d'investigation. Un os brisé montrera toutes ses esquilles, que l'on pourra rechercher à l'endroit précis où elle se trouvent ; une balle, une aiguille même révélera sa présence par l'ombre qu'elle projettera sur l'écran ou sur la plaque sensible."
Mars 1896. Annonce de premiers usages médicaux des rayons X. Une balle est repérée dans une main blessée, une fracture de la jambe non consolidée est observée.
Mai 1896. La méthode se perfectionne. De superbes "radiographies" sont proposées.
Les ustensiles contenus dans une trousse de couture
ou le "squelette" de coquillages.
Juin 1896. Une nouvelle est arrivée d'Amérique. Le célèbre Edison a mis au point un fluoroscope qui permet d'observer directement à travers les corps. Un écran sensible est placé à l'extrémité d'une "chambre noire" dans laquelle l'observateur plonge le regard. Il suffit donc d'un tube de Crookes et de cette boîte pour que chacun puisse observer les os de sa propre main placée sur l'écran et irradiée par la lampe placée en face.
Edison précise bien que la réussite dépend de la puissance du tube de Crookes utilisé, c'est-à-dire du vide réalisé. Ce sont donc des rayons X de forte intensité qui viennent frapper l'observateur et en particulier son visage et ses yeux.
Une nouvelle version du fluoroscope de Edison, plus commode, est proposée pour les médecins. Comme la première, elle expose fortement l'utilisateur.
La douane également s'en équipe.
Septembre 1896. Un homme a reçu une balle dans la tête mais il n'en est pas mort. Une radiographie localise la balle après {{"sept quarts d'heures de pose"}} qui ont fatigué le patient et interdit une autre prise de vue. On annonce aussi la radiographie d'une enfant nouveau né. De quoi faire frémir le lecteur contemporain quand on sait que l'exposition à une source intense de rayons X a duré plus de une heure. On observera bientôt les enfants à naître au sein même de leur mère !
Par une radioscopie des poumons d'un homme atteint de pleurésie, il a été possible d'étudier l'évolution de la maladie. La tuberculose osseuse ou pulmonaire, maladie caractéristique de l'époque, sera bientôt la cible privilégiée des auscultations par rayons X.
Octobre 1896. Encore une balle. Cette fois c'est dans la tête d'un enfant. Le tube à rayons X a été placé à ½ pouce du crâne des l'enfant. La pose a duré une heure.
L'intérêt de la communication réside dans la suite de l'article titré : "Action dépilatoire des rayons X". L'auteur explique : "au bout de 21 jours après l'expérience, les cheveux se mirent à tomber à l'endroit de pénétration des rayons X sur un diamètre de deux pouces à peu près ; la peau est saine ; le malade n'éprouve aucune douleur ; il n'y avait là aucune lésion". Nulle inquiétude chez l'auteur qui propose, en guise de conclusion, d'utiliser cette méthode rapide et commode pour la dépilation.
Les rayons X, le dernier cri de la mode.
Une bobine de Ruhmkorff, un tube de Crookes, un écran fluorescent ? Quoi de plus simple qu'un équipement pour rayon X, d'autant plus que plusieurs fabricants se disputent un marché qui promet d'être juteux.
Ils offrent eux mêmes des démonstrations et ouvrent des cabinets de radiologues où leurs assistantes tiennent souvent le rôle du cobaye. (Elles découvriront bientôt les effets de ces expositions répétées.
Mais c'est dans la rue que le succès devient le plus fort. De grands magasins attirent leur clientèle avec les deux spectacles du moment : le cinématographe et les rayons X.
Le grand chic pour un magasin de chaussures consiste à radiographier le pied de leurs clientes.
Le revers de la médaille.
Novembre 1896. Un premier article titré : "les méfaits des rayons X". Le témoin a été démonstrateur en rayons X pendant l'été à Londres. Il a, donc, payé de sa personne pendant tout l'été à raison de plusieurs heures par jour d'exposition. Il témoigne :
"Dans les deux ou trois premières semaines je n'en ressentis aucun inconvénient mais au bout de quelque temps apparurent sur les doigts de ma main droite de nombreuse tâches foncées qui perçaient sous la peau. Peu à peu elles devinrent très douloureuses ; le reste de la peau était rouge et fortement enflammé. Ma main me faisait si mal que j'étais constamment obligé de la baigner dans de l'eau très froide… ". Une pommade calme momentanément la douleur mais " l'épiderme s'était desséché, il était devenu dur et jaune comme du parchemin et complètement insensible ; je ne fus donc pas surpris lorsque ma main se mit à peler".
Bientôt la peau puis les ongles tombent, les doigts enflent, les douleurs sont incessantes,
"j'ai perdu trois épiderme de la main droite et un de la main gauche, quatre de mes ongles ont disparu de la main droite et deux de la gauche et trois autres sont prêts à tomber. Pendant plus de six semaines j'ai été incapable de faire quoi que ce soit de ma main droite et je ne puis tenir une plume que depuis la perte de mes ongles… "
Le journaliste, rédacteur de l'article se veut cependant rassurant. Ce récit dit-il " pourrait effrayer quelques personnes qui tiennent à leur peau et les éloigner pour toujours du tube producteur des mystérieux rayons, c'est pourquoi nous croyons devoir insister sur le fait que les premiers désordres se sont produits après plusieurs semaines d'une exposition quotidienne d'un tube assez puissant pour permettre les démonstrations publiques."
Février 1897. Les médecins ont découvert ce qui sera l'un des usages essentiel des rayons X : on peut détecter une affection pulmonaire et en particulier une tuberculose par une radioscopie.
Un médecin détecte une tuberculose au dernier stade chez un jeune homme de 20 ans. Son père ayant entendu parler de cobayes tuberculeux guéris après exposition aux rayons X, demande de faire appliquer le traitement à son fils.Le patient est soumis à une heure d'exposition aux rayons X chaque matin pendant plus d'un mois. On s'est assuré au préalable du fait que les rayons produits étaient suffisamment pénétrants. Même si la peau de sa poitrine doit subir de multiples brûlures, l'état du malade s'améliore au point qu'on le considère bientôt comme guéri. L'a-t-il été définitivement ? Cette exposition a-t-elle eu des effets secondaires ? Nous ne le saurons pas.
Mai 1897. Deux expérimentateurs qui utilisent les rayons X depuis un an signalent l'effet produit sur leurs mains. L'épiderme s'est épaissi, les poils sont tombés, les ongles se sont exfoliés au point que l'on craint de les voir tomber.
Ce n'est qu'un début. Bientôt les plaies ne cicatrisent plus. Des cancers apparaissent sur les parties exposées. Il faudra amputer les doigts puis les membres de manipulateurs trop assidus. Ce sera souvent insuffisant et l'issue en sera fatale.
Des mesures de précaution sont préconisées. Dès 1904 un praticien américain conseille d'améliorer les tubes par l'usage d'une enceinte imperméable aux rayons X; de verre au plomb devant les écrans d'observation, d'une protection pour les opérateurs. On commence à comprendre les mécanismes de l'action des rayons X sur les cellules vivantes.
Mais bientôt ce sera la guerre 14/18 et l'usage massif des rayons X dans les infirmeries de campagne. "A la guerre, comme à la guerre" est une slogan bien connu. Les précautions viendront plus tard !
C'est en 1921 que Stanley Melville, pionniers des Rayons X et atteint par des lésions, propose la création en Angleterre du "British X-Ray an Radium Protection Committee". Celui ci émet des recommandations généralement ignorées par les radiologues qui les trouvent incommodes.
En 1925 se tient à Londres le premier "Congrès International de Radiologie" qui met en place une commission internationale de protection à laquelle adhèrent la Grande Bretagne, les Etats Unis, la France, l'Allemagne, l'Italie, la Suède. Les recommandations portent à la fois sur les rayons X et les radiations radioactives, désignés globalement sous le terme de "rayonnements ionisants", dont les effets ont été reconnus similaires.
Un monument à la mémoire des victimes des radiations
Le Professeur allemand, Hans Meyer, directeur d'une revue de thérapie par les rayonnements prend l'initiative d'un "Monument à la mémoire des victimes des radiations". Il est inauguré en 1936 au voisinage du Pavillon Roentgen de l'hôpital St-Georg, à Hambourg.
Sur une colonne il porte le nom de 159 victimes dont la mort pour cause d'irradiation est certifiée. La dédicace est de celles qui s'inscrivent sur les monuments aux morts de la dernière guerre.
"Aux radiologues de toutes les nations : médecins, physiciens, chimistes, techniciens, laborantins et infirmières qui ont fait don de leur vie dans la lutte contre les maladies de l'humanité. Ils ont héroïquement préparé la voie à une utilisation efficace et dépourvue de dangers des rayons X et du Radium ! Les oeuvres des morts sont immortelles."
En ce début d'année 1896, les rayons X sont au centre des débats des sociétés savantes de toute l'Europe. En France, l'Académie des Sciences s'intéresse du plus près à un autre sujet, celui des corps "phosphorescents", c'est-à-dire ayant la propriété, qui est celle du phosphore blanc, d'émettre de la lumière après y avoir eux-mêmes été exposés.
Il a déjà été remarqué que certains corps phosphorescents émettaient une lumière capable d'impressionner une plaque photographique à travers son enveloppe de papier. La phosphorescence serait-elle liée à une émission des mêmes rayons X que ceux découverts par Röntgen ? Telle est la question que se posent plusieurs académiciens. Parmi eux Henri Becquerel.
Henri Becquerel : la découverte.
Henri Becquerel (1852-1908) est issu d'une lignée de physiciens. Son père, Edmond Becquerel, est considéré comme le découvreur, en 1839, de l'effet photovoltaïque dont le principe est utilisé dans les capteurs solaires qui devraient produire une part de plus en plus importante de l'énergie électrique "renouvelable" de notre futur. Ancien élève de l'Ecole Polytechnique, il y est professeur lui-même depuis 1895. Dans cette période de son activité de recherche, il s'intéresse à la phosphorescence, reprenant ainsi l'un des sujets d'étude de son père, et en particulier à celle des sels d'uranium.
L'Uranium a été découvert dans la pechblende en 1789 par le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth et isolé en 1841 par Eugène Peligot. Difficile à obtenir en tant que métal il est essentiellement utilisé pour les propriétés colorantes de ses sels, en particulier pour colorer le verre. Il est aussi remarquable pour la phosphorescence de certains de ses composés.
Lors de la séance de l'Académie des Sciences du 2 mars 1896, qui suit de très près l'annonce de la découverte des rayons de Röntgen, plusieurs intervenants font état de rayons pénétrants émis par certains verres fluorescents. Henri Becquerel qui utilise un sel phosphorescent de sulfate double d'uranium et de potasse affirme avoir observé des radiations qui, non seulement sont susceptibles de traverser certains métaux, tels que l'aluminium et le cuivre, mais sont encore actives 150 heures après que le sel ait été exposé à la lumière. Il imagine que le sel d'uranium agit comme condensateur d'un rayonnement présent dans la lumière incidente et qui serait ensuite lentement restitué. En cette fin de 19ème siècle le principe de la conservation de l'énergie est solidement établi. L'énergie radiante qui provient des sels d'uranium doit nécessairement provenir d'une source externe.
Lors de la séance du 9 mars Becquerel démontre que ces radiations déchargent les corps électrisés et aussi qu'elles peuvent être réfléchies. A la séance du 23 mars il rend compte de l'efficacité du nitrate d'urane, autre sel d'uranium, comme "condensateur de lumière". A la séance du 30 mars 1896 il fait connaître les différences qu'il a observées entre les "radiations de phosphorescence" et les radiations Röntgen. Pour évaluer leurs activités respectives il utilise un électromètre et des plaques photographiques. Il constate que les "radiations phosphorescentes" traversent aisément le cuivre et le platine qui arrêtent les rayons X. De même le quartz totalement opaque aux rayons X se laisse facilement traverser par les radiations issues des sels d'uranium. Pour résumer : les radiations issues des sels d'uranium sont bien plus pénétrantes que les rayons X !
Séance du 18 mai : La séance reste un des grands moments de l’Académie des Sciences. Becquerel annonce que des sels d'uranium contenus dans des enveloppes de plomb épaisses de plusieurs millimètres, hermétiquement closes et enfermées depuis plus de trois mois dans des boîtes de carton noir placées elles mêmes dans une chambre noire, agissent sur des plaques photographiques disposées sur les enveloppes de plomb. Ni la fluorescence, ni l'exposition à la lumière ne sont donc nécessaires pour observer le rayonnement de l'uranium et de ses sels.
Séance du 23 novembre 1896. Becquerel n'a pas fait d'autre communication depuis la réunion du 18 mai. Il s'est occupé à vérifier ses premières observations. La relation qu'en donne la revue La Nature témoigne de la rigueur de sa démarche : "M. Becquerel confirme aujourd'hui ses premières expériences en faisant connaître les résultats fournis par des sels d'urane enfermés depuis le mois de mars dans une double enveloppe de plomb, placée elle-même dans la chambre noire. La boîte intérieure est divisée en deux compartiments par un papier noir tendu parallèlement au fond de la boîte. Une disposition convenable permet de glisser, au-dessous de cette feuille de papier, un châssis muni d'une plaque photographique. Enfin les substances étaient posées sur une plaque de verre, au-dessus du papier noir ; elles étaient de plus enfermées dans des petits tubes, en forme de cloche, scellés à la paraffine sur la lame de verre, de façon à éviter l'action possible des vapeurs. Il a développé la plaque le 7 novembre, après huit mois. L'épreuve montre très nettement l'effet des radiations".
Ce luxe de précautions contraste avec la légende, si souvent répétée, d'un Becquerel découvrant la radioactivité par hasard en développant une plaque photographique oubliée dans un tiroir à proximité d'un minerai d'uranium.
Cette année 1896 mérite d'être marquée d'une pierre blanche. Les rayons X sont à peine découverts qu'un nouveau rayonnement, celui de l'uranium, révèle à la fois son existence et son originalité.
Le phénomène attend, à présent, d'être expliqué.
Marie Curie : premières hypothèses.
Marie Sklodowska, jeune polonaise récemment mariée à Pierre Curie, a choisi de prendre, pour sujet de thèse, la découverte de Becquerel. Elle dispose pour cela d'un précieux instrument : l'électromètre à quartz piézoélectrique mis au point par Pierre Curie.
La piézo-électricité a été découverte en 1880 par Pierre Curie et son frère Jacques qui constataient que certains cristaux produisaient un courant électrique lorsqu'ils étaient soumis à une action mécanique, pression ou étirement. Le quartz, qui est aujourd'hui l'élément essentiel des montres et horloges électroniques, en était le meilleur exemple.
Nous ne décrirons pas le fonctionnement de l'électromètre à quartz. Disons simplement qu'il permet de mesurer, avec une extrême précision, les effets électriques du rayonnement, déjà décrits par Becquerel. Sa possession était un élément essentiel pour qui s'attaquait à l'étude du nouveau rayonnement.
A partir d'avril 1898 Marie Curie fait connaître ses premiers résultats. Une note sur les "Rayons émis par les composés de l'uranium et du Thorium" est présentée par Lippmann à la séance du 12 avril 1898 de l'Académie des sciences.
" J'ai étudié, écrit-elle, la conductibilité de l'air sous l'influence des rayons de l'uranium, découverts par M. Becquerel, et j'ai cherché si des corps autres que les composés de l'uranium étaient susceptibles de rendre l'air conducteur de l'électricité." Recherche logique, de même que "l'électricité" a pris son essor quand l’anglais William Gilbert a pu montrer qu'elle n'était pas uniquement la propriété de l'ambre, il importait de savoir, avant toute étude complémentaire, si la "radioactivité" (l'expression est de Marie Curie) ne se limitait pas à l'uranium.
Dans le laboratoire de l'Ecole municipale de Physique et de Chimie de Paris où elle mène ses recherches, elle avait pu rassembler une collection de sels et d'oxydes prêtés par différents laboratoires de recherche parisiens. Ses mesures confirment d'abord la propriété de l'uranium : "Tous les composés de l'uranium étudiés sont actifs et le sont, en général, d'autant plus qu'ils contiennent plus d'uranium".
Elles montrent surtout que l'uranium n'est pas un cas isolé : "Les composés du Thorium sont très actifs. L'oxyde de Thorium dépasse même en activité l'uranium métallique". Et même : " les rayons émis par le thorium sont plus pénétrants que ceux émis par l'uranium". Il existe donc dans la nature une nouvelle classe de corps, les corps "radioactifs", qui méritent d'être recherchés et étudiés.
Une observation annonce d'ailleurs de nouvelles découvertes : "Deux minéraux d'uranium : la pechblende (oxyde d'urane) et la chalcolite (phosphate de cuivre et d'uranyle) sont beaucoup plus actifs que l'uranium lui-même. Ce fait est très remarquable et porte à croire que ces minéraux peuvent contenir un élément beaucoup plus actif que l'uranium."
Sans attendre les résultats de cette recherche, Marie Curie émet aussi une première hypothèse concernant le mécanisme de la radioactivité qui s'inspire encore de la phosphorescence : "on pourrait imaginer que tout l'espace est constamment traversé par des rayons analogues aux rayons de Röntgen mais beaucoup plus pénétrants et ne pouvant être absorbés que par certains éléments à gros poids atomique, tels que l'uranium et le thorium." Franchir le pas et imaginer un rayonnement tout simplement issu du minéral est encore trop difficile.
Le Polonium.
Le 18 juillet 1898 une nouvelle communication "Sur une substance nouvelle radio-active, contenue dans la pechblende" signée de Pierre et de Marie Curie est lue par Becquerel à la séance de l'Académie des Sciences. Pour la première fois l'expression "substance radio-active" apparaît dans le langage scientifique. Le concept de "radioactivité" est né.
Si les auteurs n'hésitent pas à baptiser ainsi une propriété qui ouvrira une nouvelle branche de la physique c'est que leurs récentes études les ont mis en face d'une réalité nouvelle.
Ils rappellent d'abord l'observation de Marie Curie sur l'activité des certains minerais d'Uranium plus élevée que celle du métal lui-même et sur l'hypothèse d'y trouver un nouveau corps. : "Nous avons cherché à isoler cette substance dans la pechblende, et l'expérience est venue confirmer les prévisions qui précèdent" annoncent-ils.
Leur méthode consiste à faire subir au minerai une laborieuse série de réactions classiques de purification. La liste détaillée de ces opérations prouve, à la fois, l'obstination et la compétence des deux auteurs et de leur équipe. La série de manipulations aboutit à un mélange ne contenant plus que du Bismuth associé à un nouveau corps radioactif dont les propriétés chimiques, voisines de celles du Bismuth, ne permettent plus l'extraction par les procédés chimiques classiques.
Par un procédé physique pratiqué sur les sulfures du mélange, ils obtiennent finalement la séparation des deux corps : " On chauffe les sulfures dans le vide dans un tube de verre de Bohême vers 700°. Le sulfure actif se dépose sous forme d'enduit noir dans les régions du tube qui sont à 200°-300°, tandis que le sulfure de bismuth reste dans les parties chaudes." Dès ces premières manipulations les procédés d'enrichissement en matières radioactives sous forme chimique ou sous forme physique annoncent les méthodes qui seront développées à l'avenir.
Le résultat est probant : "En effectuant ces diverses opérations, on obtient des produits de plus en plus actifs. Finalement nous avons obtenu une substance dont l'activité est environ 400 fois plus grande que celle de l'uranium.
Nous avons recherché, parmi les corps actuellement connus, s'il en est d'actifs. Nous avons examiné des composés de presque tous les corps simples ; grâce à la grande obligeance de plusieurs chimistes, nous avons eu des échantillons des substances les plus rares. L'uranium et le thorium sont seuls, franchement actifs, le tantale l'est peut-être très faiblement.
Nous croyons donc que la substance que nous avons retirée de la pechblende contient un métal non encore signalé, voisin du Bismuth par ses propriétés analytiques. Si l'existence de ce nouveau métal se confirme, nous proposons de l'appeler polonium, du nom du pays d'origine de l'un de nous."
A n'en pas douter, les auteurs ont déjà l'assurance qu'un nouveau corps, fortement radioactif, viendra s'inscrire dans le tableau des éléments, proposé par le Russe Mendeleïev trente ans plus tôt. La découverte de la pile électrique par Volta puis de l'électrolyse par Nicholson, Carlisle et Davy avaient permis la découverte d'une importante quantité de nouveaux corps. Celle de la radioactivité annonce-t-elle une moisson aussi riche ? Si tel devait être le cas, Pierre et Marie Curie tiennent à en partager le mérite avec celui qui, le premier, avait découvert la propriété de l'Uranium : "Qu'il nous soit permis de remarquer que si l'existence d'un nouveau corps simple se confirme, cette découverte sera uniquement due au nouveau procédé d'investigation que nous fournissent les rayons de Becquerel."
Le Radium.
Après la découverte du polonium un travail encore plus exténuant attend le couple qui soupçonne l'existence d'un autre corps radioactif dans la pechblende. Nous ne décrirons pas cette aventure qui aboutit à la découverte du corps que les Curie désigneront du nom de radium. Un métal dont l'activité est d'abord estimée à 100 000 fois celle de l'uranium avant que le chiffre de 1 million de fois soit même proposé.
La découverte de nouveaux corps se poursuit donc mais la nature du rayonnement reste quant à elle un mystère. Le Radium, très radioactif, offre sur ce plan de nombreuses possibilités. Pierre et Marie Curie découvrent qu'il émet deux rayonnements. L'un est dévié par un champ magnétique, l'autre ne l'est pas.
Le rayonnement non dévié (en fait, il l'est, mais très faiblement) est rapidement absorbé par un obstacle matériel. Dans une communication présentée par Becquerel à la séance de l'Académie des sciences du 8 janvier 1900 "sur la pénétration des rayons de Becquerel non déviables par le champ magnétique", Marie Curie montre que ce rayonnement a une loi d'absorption singulière qui "rappelle plutôt la manière de se comporter d'un projectile, qui perd une partie de sa force vive en traversant des obstacles." Rutherford étudiera les propriétés de ces particules massives, chargées d'électricité positive, et désignera leur rayonnement sous le nom de "rayonnement α (alpha)". Plus tard sera découvert le "rayonnement γ (gamma)", analogue au rayonnement X mais encore plus pénétrant.
Le 5 mars 1900, Pierre et Marie Curie font lire par Becquerel à la séance hebdomadaire de l'Académie des Sciences un mémoire "Sur la charge électrique des rayons déviables du radium". Ayant constaté que "les rayons déviables du radium sont chargés d'électricité négative", ils établissent une analogie avec les rayonnements cathodiques dont le physicien français Jean Baptiste Perrin a montré, en 1895, qu'ils étaient constitués de particules négatives :
"Ainsi, écrivent-ils, dans le cas des rayons déviables du radium, comme dans le cas des rayons cathodiques, les rayons transportent de l'électricité. Or jusqu'ici, on n'a jamais reconnu l'existence de charges électriques non liées à la matière pondérale. On est donc amené, à considérer comme vraisemblable que le radium est le siège d'une émission constante de particules de matière électrisée négativement, capables de traverser sans se décharger des écrans conducteurs ou diélectriques.".
Ce rayonnement de particules négatives sera ultérieurement désigné sous le nom de "rayonnement β (bêta)".
Au moment même où Pierre et Marie Curie établissent l'analogie entre le rayonnement β du radium et les rayons cathodiques, on découvre en France les travaux du britannique Joseph John Thomson sur le rayonnement cathodique qui mettent en évidence l'existence de cette particule, commune aux deux rayonnements, et ses propriétés. Ceux-ci lui vaudront de se voir attribuer la paternité de la découverte de la particule d'électricité négative qui sera plus tard désignée par le terme d'électron.
Joseph John Thomson (1856-1940) est né près de Manchester. Après ses premières années de scolarité dans cette ville il rejoint le Trinity College à Cambridge où il effectue de brillantes études de mathématiques appliquées à la physique. Nourri des théories de Maxwell, qui a été son professeur, il imagine, dès 1883, un modèle présentant l'atome sous la forme de tourbillons d'éther entrelacés. L'année suivante il est nommé professeur de physique expérimentale à Cambridge et placé à la tête du "Cavendish Laboratory" dans lequel, avant lui, Maxwell et Rayleigh avaient développé de rigoureuses pratiques expérimentales.
J.J. Thomson est, quant à lui, plutôt attiré par la physique théorique. Ses premières réflexions sur la structure des atomes l'amènent à orienter le laboratoire vers l'étude des décharges électriques dans les gaz, étude dans laquelle son compatriote Crookes s'était déjà illustré. Le sujet de la nature des "rayons cathodiques" est alors l'objet de controverses entre les physiciens britanniques qui les considèrent comme constitués de particules chargées et les physiciens allemands qui y voient des ondes électromagnétiques se propageant dans l'éther. Héritier, à la fois, de Crookes et de Maxwell, Thomson se place ainsi au centre du conflit.
Son laboratoire développe un équipement et des savoir-faire appropriés : pompes à vide puissantes, tubes à vide de formes diverses... Quand, en décembre 1895, Röntgen annonce sa découverte des rayons X, les chercheurs qui y travaillent sont en mesure, non seulement de la vérifier, mais aussi d'imaginer des développements immédiats. Dès janvier 1896 ils constatent que les rayons X ionisent les gaz qu'ils traversent; ils peuvent donc, à présent, se dispenser des tubes à vide et travailler sur des gaz ionisés à la pression atmosphérique.
Parmi ses collaborateurs Thomson compte de précieux expérimentateurs comme Ernest Rutherford ou Charles Thomson Rees Wilson qui a mis au point une "chambre à condensation" dans laquelle de fines gouttelettes de brouillard se forment autour des particules de gaz ionisé. La mesure de leur vitesse de chute dans un champ électrique permettra d'en mesurer la charge et la masse.
En 1897, Thomson publie un article, devenu célèbre qui fait le point sur leurs premiers travaux. Après Perrin en 1895, il y décrit les rayons cathodiques comme formés de "corpuscules" arrachés aux atomes. Mesurant le rapport de leur masse à leur charge, il estime qu'ils ont une masse deux mille fois plus petite que celle de l'atome d'hydrogène et qu'ils sont animés d'une vitesse de l'ordre de 200 kilomètres par seconde. Plus tard le physicien allemand Emil Wiechert estimera cette vitesse entre le dixième et le cinquième de la vitesse de la lumière soit entre 30 000 kilomètres et 60 000 kilomètres par seconde. Par ailleurs la chambre de Wilson sera mise à contribution pour confirmer la faible masse de ces particules et mesurer leur charge électrique. Ces "corpuscules" seront plus tard désignés par le nom d'électrons, un terme initialement créé par le physicien irlandais George Johnstone Stoney pour désigner "l'atome d'électricité" intervenant dans les électrolyses.
Ces "électrons" ont cependant du mal à s'imposer tant leurs propriétés semblent extraordinaires. Un article de la revue "La Nature", daté de 1898, estime que leur énergie pour un seul gramme de matière rayonnée serait équivalente à celle de "10 000 trains de cent tonnes marchant à près de 100 kilomètres-heure". Pour la première fois les atomes révèlent la formidable réserve d'énergie que recèle leur structure. La conviction du monde scientifique sera finalement acquise quand on mettra en évidence l'existence de ces mêmes électrons dans l'effet photo-électrique puis dans le rayonnement radioactif.
Rayonnements cathodiques, rayons X, radioactivité, découverte des électrons... cette fin de 19ème siècle ne peut que susciter l'enthousiasme des jeunes générations de chercheurs. Le Français Paul Langevin était l'un des ces jeunes physiciens à avoir rejoint le Cavendish Laboratory en l'année 1897. Dans une préface à la traduction française de "Electricité et Matière" (Paris, Gauthier-Villars, 1922) publié par Thomson en 1903, il témoigne :
" Le moment était particulièrement favorable. Dans ce milieu d'étudiants, venus vers le jeune maître de toutes les parties du monde, s'accomplissait avec enthousiasme l'exploration du nouveau domaine des ions et des électrons, ouvert par la découverte des rayons cathodiques et des rayons de Röntgen et que devait féconder de manière si prodigieuse celle du radium, poursuivie en silence cette même année, par M. et Mme Curie, dans les vieux laboratoires de l'Ecole de Physique et Chimie."
L'électron et l'atome, de Thomson à Rutherford.
Ayant découvert l'électron, Thomson imagine un modèle d'atome souvent désigné sous le terme de "pudding". Il est constitué d'une sphère de matière positive, relativement peu dense, dans laquelle se déplaceraient des électrons soumis à la fois à leur propre répulsion et à l'attraction des différentes parties de la sphère positive.
L'ensemble est, cependant, loin de l'image statique d'un gâteau truffé de grains de raisin. Les électrons se déplacent dans cette sphère à des vitesses prodigieuses. En effet, tout apport d'énergie à l'atome doit se traduire, sous forme d'énergie cinétique, par une accélération du mouvement des électrons pouvant aller jusqu'à provoquer leur expulsion à des vitesses proches de celle de la lumière.
Proposition après proposition, Thomson s'attache à expliquer par son modèle beaucoup des propriétés connues des gaz ionisés et de leur émission lumineuse. Pendant plus de dix ans, ce modèle sera perfectionné avant que son ancien élève Rutherford vienne en proposer un autre dont le succès sera tel qu'il occupe encore une place essentielle dans la représentation que se font nos contemporains de la structure d'un atome.
Ernest Rutherford (1871-1937) est le fils d'immigrés écossais installés en Nouvelle Zélande. Il fait ses études dans son pays natal où il s'intéresse, en particulier, à la détection des ondes hertziennes. Profitant d'une bourse d'études, il rejoint J.J. Thomson au Cavendish Laboratory de Cambridge en 1895 et participe avec lui à l'étude des gaz ionisés.
En 1898, il se voit proposer une chaire à l'Université Mc Gill de Montréal. Peu de temps auparavant Becquerel avait découvert les "rayons uraniques". Rutherford s'empare du sujet et étudie le pouvoir ionisant du rayonnement et son pouvoir de pénétration à travers des plaques métalliques de différentes épaisseurs. Comme Pierre et Marie Curie, il distingue deux rayonnements distincts de particules. L'un, peu pénétrant et très ionisant, qu'il désigne comme "rayonnement α". L'autre, plus pénétrant et moins ionisant, le "rayonnement β".
Marie Curie avait déjà imaginé que le rayonnement α était constitué de particules massives perdant rapidement leur énergie en traversant la matière. Rayleigh puis Crookes avaient constaté que ce rayonnement était constitué de particules chargées d'électricité positive. Rutherford était lui-même arrivé indépendamment à la même conclusion. Il montrera ultérieurement que ces particules sont des noyaux d'hélium résultant d'une "transmutation" du corps radioactif les produisant. Leur énergie cinétique est prodigieuse. A masse égale, Rutherford, les estimera à 600 millions de fois celle d'une balle de fusil sortant du canon avec une vitesse de 1 kilomètre par seconde.
Ces projectiles vaudront à Rutherford sa plus célèbre découverte en 1911. Il est alors revenu en Angleterre et est professeur à l'université de Manchester. L'expérience qu'il réalise, en compagnie de Hans Geiger et Ernest Marsden, consiste à bombarder une mince feuille d'or par des particules α devant un écran fluorescent.
Si on s'en tient au modèle de Thomson, d'un atome plein d'une matière positive peu dense, ces particules devraient traverser l'obstacle sans pratiquement être déviées. Or si c'est le cas pour la majorité d'entre elles, une faible proportion (moins de 1 sur 10 000) est déviée, et parfois très fortement. Certaines particules semblent même rebondir vers l'arrière. On prête à Rutherford des phrases traduisant son étonnement : "c'est comme si un boulet de canon rebondissait sur une feuille de papier de soie" aurait-il dit.
Pour interpréter ce phénomène Rutherford imagine un noyau très dense de matière positive où serait concentrée l'essentiel de la masse des atomes. Autour de ce centre positif très attractif, les électrons tournent comme des satellites autour d'un astre central. Plus tard on comprendra que ce noyau est lui-même composé de particules positives, les protons, et de particules neutres, les neutrons. Le modèle "planétaire" de l'atome est né.
Dans notre imagerie contemporaine, ce modèle est resté très populaire. L'atome c'est ce noyau granulaire entouré d'électrons. On le trouve encore, ainsi représenté, dans de très sérieuses publications de vulgarisation scientifique ou sur des sites internet très visités et très bien référencés.
Pourtant Rutherford lui-même savait qu'il souffrait d'un grave défaut. Maxwell avait montré que tout électron subissant une accélération rayonnait de l'énergie, or un électron tournant autour d'un noyau est accéléré vers le centre en permanence. L'énergie qu'il rayonne est telle qu'il devrait être ralenti et tomber sur le noyau en un temps infime. Dès 1913 Niels Bohr proposait un autre modèle qui répondait mieux à cette objection.
L'atome de Bohr.
Niels Bohr (1885-1962), est jeune physicien danois qui a fréquenté le laboratoire de Rutherford à Cambridge. Reprenant, en 1913, le modèle planétaire de ce dernier il postule que les électrons ne peuvent circuler autour du noyau que sur des orbites circulaires de rayons déterminés dont la valeur est liée à une constante proposée par Max Planck en 1900. Chaque orbite possible correspond à un "niveau d'énergie" de l'électron. Il peut passer à une orbite supérieure par l'absorption d'une énergie correspondant à l'écart entre les deux niveaux. Il peut émettre une radiation lumineuse de fréquence donnée, en passant d'un niveau à un niveau inférieur.
Sur le plan pratique le modèle de Bohr sera un outil qui révolutionnera aussi bien la physique que la chimie et la biologie.
Qui mieux que les scientifiques peuvent nous parler de leurs propres découvertes, leur histoire, leur actualité et leur futur. Les discours de Marie, Pierre, Irène, Joliot... Curie, à l'occasion de la remise de leurs prix Nobel nous parlent d'hier et d'aujourd'hui.
Il se raconte que le jury Nobel a hésité entre le prix de chimie (découverte de nouveaux éléments chimiques) et celui de physique (découverte d'une nouvelle propriété physique) pour ce prix attribué à Pierre et Marie Curie. Le choix étant fait pour le prix de physique, Pierre Curie axe son intervention sur les propriétés physiques du radium. Il y décrit, en particulier les rayonnements qu'il produit :
"Il résulte des travaux d'un grand nombre de physiciens (Meyer et Schweidler, Giesel, Becquerel, P, Curie, Mme Curie, Rutherford, Villard, etc.) que les corps radioactifs peuvent émettre des rayons de trois espèces différentes désignés par Rutherford par rayons alpha, bêta, gamma. Ils se distinguent les uns des autres par l'action du champ magnétique et du champ électrique qui modifient le trajet des rayons alpha et bêta. Les rayons gamma analogues aux rayons cathodiques se comportent comme des projectiles chargés négativement de masse 2 000 fois plus faible que celle d'un atome d'hydrogène (électrons). Nous avons vérifié, Mme Curie et moi, que les rayons bêta entraînent avec eux de l'électricité négative. Les rayons alpha analogues aux rayons canalisés de Goldstein, se comportent comme des projectiles 1 000 fois plus lourds et chargés d'électricité positive. Les rayons gamma sont analogues aux rayons de Rœntgen."
En conclusion :
"L'importance de ces phénomène pour la physique est évidente, Le radium constitue dans les laboratoires un outil nouveau de recherches, une source de radiations nouvelles.". de même "Les conséquences pour la chimie de nos connaissances sur les propriétés des corps radioactifs sont peut-être plus importantes encore [.] Enfin dans les sciences biologiques les rayons du radium et son émanation produisent des effets intéressants que l'on étudie actuellement. Les rayons du radium ont été utilisés dans le traitement de certaines maladies (lupus, cancer, maladies nerveuses)".
La fin de son texte est cependant une mise en garde :
"Dans certains cas, leur action peut devenir dangereuse. Si on oublie dans sa poche pendant quelques heures dans une boîte en bois ou en carton une petite ampoule de verre contenant quelques centigrammes d'un sel de radium, on ne sentira absolument rien. Mais quinze jours après apparaîtra sur l'épiderme une rougeur, puis une plaie très difficile à guérir. Une action plus prolongée pourra amener la paralysie et la mort. Il faut transporter le radium dans une boîte épaisse en plomb."
Et surtout :
"On peut concevoir encore que dans des mains criminelles le radium puisse devenir très dangereux, et ici 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 sera pas nuisible (souligné par nous). L'exemple des découvertes de Nobel est caractéristique, les explosifs puissants ont permis aux hommes de faire des travaux admirables. Ils sont aussi un moyen terrible de destruction entre les mains des grands criminels qui entraînent les peuples vers la guerre. Je suis de ceux qui pensent, avec Nobel, que l'humanité tirera plus de bien que de mal des découvertes nouvelles."
L'Humanité était-elle mûre pour recevoir ce savoir ? Qu'aurait pensé Pierre Curie après Hiroshima et Nagasaki ?
Après ce prix Nobel en chimie et le précédent en physique, Marie Curie tient d'abord à affirmer la spécificité de l'étude de la radioactivité.
"La radio-activité est une science nouvelle qui a des rapports très étroits avec la physique et la chimie mais qui n’en est pas moins absolument distincte. Nous avons aujourd’hui des institutions et des laboratoires pour la radio-activité; de nombreux savants se consacrent à l’étude des phénomènes radio-actifs. Le développement en a été admirable; mais l’on n’aurait pu espérer non plus de plus bel encouragement que celui dont la jeune science a été l’objet de la part de l’Académie des Sciences de Suède qui a décerné trois prix Nobel, un de physique, deux de chimie, aux quatre chercheurs Henri Becquerel, Pierre Curie, Marie Curie et E. Rutherford."
Introduction de son discours au banquet suivant la remise du prix :
"Je remercie l’Académie des Sciences du très grand honneur qu’elle m’a fait. Je crois que cet honneur ne s’adresse point uniquement à moi. Pendant de longues années, Pierre Curie et moi avons consacré toutes nos journées aux travaux concernant nos découvertes communes du radium et du polonium. Je crois donc interpréter dans son vrai sens la pensée de l’Académie, en disant que ce prix Nobel qu’on vient de me décerner est aussi un hommage rendu au nom de Pierre Curie.
Qu’on me permette en outre d’exprimer la joie que je ressens en pensant à la radioactivité. La découverte des phénomènes radioactifs ne date que de quinze ans. La radioactivité est donc une science très jeune. C’est un enfant que j’ai vu naître et que j’ai contribué, de toutes mes forces, à élever. L’enfant a grandi, il est devenu beau." (souligné par nous).
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"L’enfant a grandi, il est devenu beau." Huit ans après la remise de son premier Nobel l'optimisme est justifié.
Le prix leur a été attribué pour la découverte des radioéléments artificiels obtenus en bombardant certains éléments par des rayons alpha. Le premier signalé par Hélène Curie est l'aluminium.
"Nous avons montré que l'on pouvait communiquer de même une radioactivité avec émission d'électrons positifs ou négatifs au bore ou au magnésium, par bombardement de rayons alpha. Ces radioéléments artificiels se comportent en tout point comme les radioéléments naturels."
De son côté Joliot précise :
"Nous avons proposé d'appeler ces radioéléments nouveaux (isotopes, n'existant pas dans la nature, d'éléments connus) radioazote, radiophosphore, radioaluminium (dans le cas du magnésium irradié par des rayons alpha) et de les désigner par les symboles : RN13 RP30 RAI28."
L'utilité de ces radioéléments en médecine est la principale application citée :
"En biologie, par exemple, la méthode des indicateurs, employant les radioéléments synthétiques, permettra d’étudier facilement le problème de la localisation et de l’élimination d'éléments divers introduits dans les organismes vivants. Dans ce cas, la radioactivité sert uniquement à déterminer la présence d'un élément dans telle ou telle région de l’organisme."
La médecine nucléaire est effectivement une technique qui s'est développé tant pour la détection que le traitement de maladies.
La conclusion de Frédéric Joliot-Curie rappelle cependant celle de Pierre Curie concernant les dangers possibles de la recherche :
"Si, tourné vers le passé, nous jetons un regard sur les progrès accomplis par la science à une allure toujours croissante, nous sommes en droit de penser que les chercheurs construisant ou brisant les éléments à volonté sauront réaliser des transmutations à caractère explosif, véritables réactions chimique à chaînes.
Si de telles transmutations arrivent à se propager dans la matière, on peut concevoir l’énorme libération d'énergie utilisable qui aura lieu. Mais hélas, si la contagion a lieu pour tous les éléments de notre planète, nous devons prévoir avec appréhension les conséquences du déclenchement d'un pareil cataclysme. Les astronomes observent parfois qu'une étoile d'éclat médiocre augmente brusquement de grandeur, une étoile invisible à l’œil nu peut devenir très brillante et visible sans instrument, c'est l’apparition d'une Novae. Ce brusque embrasement de l’étoile est peut-être provoqué par ces transmutations à caractère explosif, processus que les chercheurs s'efforceront sans doute de réaliser, en prenant, nous l’espérons, les précautions nécessaires."
La fission de l'uranium et la réaction en chaîne ne seront découvertes qu'en 1939, 5 ans après de décès de Marie Curie. Seules les retombées positives de sa découverte lui auront été connues : applications médicales, bonds dans la connaissance de la structure de l'atome. L'enfant que Marie Curie "avait vu naître" n'avait encore rien perdu de sa "beauté". Joliot, lui qui plus tard découvrira la possibilité de la réaction en chaîne, imagine déjà le pire.
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Comme l'art ou la littérature,les sciences sont un élément à part entière de la culture humaine. Leur histoire nous éclaire sur le monde contemporain à un moment où les techniques qui en sont issues semblent échapper à la maîtrise humaine.
La connaissance de son histoire est aussi la meilleure des façons d'inviter une nouvelle génération à s'engager dans l'aventure de la recherche scientifique.
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