Histoire de la radioactivité : Les chemins de la découverte

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Les chemins de la découverte

Tout le monde s’accorde pour dire qu’une grande découverte ne peut pas survenir sans une part de chance. Nous allons maintenant examiner la validité de ce lieu commun à la lumière des trois grands événements scientifiques que nous venons de relater.

La découverte des rayons X par Röntgen, tout d’abord, semble, à première vue, une illustration frappante du rôle prédominant du hasard. Cette lueur blafarde, émanant d’un écran fluorescent, proche du tube, mais suffisamment éloigné pour exclure l’action directe des rayons cathodiques, n’apparaît-elle pas comme un message quasi- surnaturel ? ou au minimum comme un fabuleux coup de chance ?

Sans doute, mais encore faut-il examiner qui était la personne qui a bénéficié de cette chance, et dans quel contexte le hasard s’est montré aussi favorable. Et nous allons rapidement constater que beaucoup de conditions devaient être réunies afin que ce « miracle » puisse se produire.

Wilhelm Conrad Röngen, s’il n’avait pas atteint la célébrité, était un physicien reconnu de ses pairs, en raison notamment de ses travaux expérimentaux sur l’élec- tromagnétisme. Comme nous l’avons vu plus haut, c’est à ce titre qu’il utilisait un tube de Crookes. Röntgen était un chercheur et s’intéressait aux phénomènes nouveaux de son époque. C’est un premier fait indépendant de tout hasard.

De plus, les expériences entreprises mettaient en jeu un certain nombre d’instruments, ce que l’on appelle aujourd’hui une certaine technologie. La découverte de Röntgen n’a pu être faite que parce que le tube de Crookes existait. Elle a donc bénéficié des acquis de la science. Le tube de Crookes lui-même ne pouvait fonctionner que grâce aux progrès réalisés au cours de la seconde moitié du xix^esiècle dans les domaines de l’électricité et du vide. L’écran fluorescent, si précieux pour révéler

l’existence de rayonnements invisibles, avait été fabriqué pour détecter les rayons cathodiques sortant du tube par la petite fenêtre pratiquée à cet effet. La chance, c’est qu’il ait été sensible aux rayons X. Mais de toute évidence, cet écran ne se trouvait pas là par hasard. Le second détecteur de Röntgen, la plaque photographique, qui s’avéra si intéressante pour diffuser au monde entier sa découverte, n’était pas non plus un cadeau du ciel. Pour que Röntgen puisse découvrir la radiographie, il fallait que la photographie ait été inventée quelque soixante ans plus tôt. Ce grand physicien a donc bénéficié des progrès réalisés par tous ses prédécesseurs, et sa découverte apparaît ainsi comme l’aboutissement d’une longue chaîne de travaux, dont certains sont restés obscurs. Cela n’enlève rien à son mérite personnel. L’équipement qu’il avait réuni dans son laboratoire de Würzburg était le fruit d’un gros effort expérimental, mais surtout, le physicien avisé qu’était Röntgen a su remarquer la faible lueur émise par son écran. Et à partir de ce moment, il a su mettre en oeuvre toute une procédure afin de caractériser ce nouveau rayonnement et d’en établir ses propriétés. Il n’en reste pas moins que cette découverte était considérable par sa portée théorique et pratique, et c’est finalement cela la grande chance de Röntgen.

Examinons maintenant la découverte de Becquerel. Bien que les circonstances aient été quelque peu différentes, les mêmes ingrédients s’y retrouvent : une part d’héritage scientifique et technologique, une part de mérite personnel et une part de chance. Nous laisserons de côté le mérite personnel de Becquerel, que nul ne conteste, et qui est comparable à celui de Röntgen. L’héritage scientifique, c’est d’abord l’uranium, élément découvert plus de cent ans auparavant, en 1789, par le chimiste allemand Klaproth. Pas d’uranium, pas de rayons uraniques ! L’héritage personnel d’Henri Becquerel, et pratiquement au sens propre cette fois, ce sont ces cristaux de sulfate double d’uranyle et de potassium qu’il a préparés quinze ans auparavant, avec son père, pour des études de fluorescence. Et c’est justement en tant que spécialiste de ce phénomène que notre académicien lance la série d’expériences qui aboutissent à la mise en évidence des rayons uraniques…

Mais ce qui est remarquable, et finalement très instructif à propos de la démarche scientifique, c’est que cette découverte sera faite à partir d’une hypothèse erronée, formulée d’un commun accord par Poincaré et Becquerel. À l’origine, ces deux grands savants pensent que l’émission de rayons X pourrait être associée à la fluorescence. Après une première expérience semblant confirmer cette hypothèse, Becquerel découvre qu’il n’en est rien. Il n’en est rien parce que la presque totalité des sels fluorescents étudiés n’émettent aucun rayonnement susceptible d’impressionner la

photographique – donc pas de rayons X – et surtout parce que les rayonnements qu’il découvre finalement sont émis par les sels d’uranium en l’absence de toute itimulation propre à engendrer la fluorescence. Qui plus est, s’ils noircissent bien It plaque photographique, ce ne sont pas des rayons X ! L’hypothèse de Poincaré et Becquerel est donc totalement erronée, et l’énorme coup de chance de Becquerel, C’est que l’un de ses sels fluorescents, le sulfate double d’uranyle et de potassium, ait été émetteur de radiations inconnues, sans aucune relation avec celles qu’il recherchait, sauf qu’elles étaient décelables par le même détecteur.

Certains historiens présentent comme un trait de génie le fait que Becquerel ait décidé de révéler les plaques qui n’avaient pas pu être utilisées dans l’expérience d’exposition au soleil. Ou comme un miraculeux coup de chance dû au mauvais temps régnant sur Paris en ce mois de février 1896. Ces affirmations ne résistent pas à l’analyse. En effet, cette action, consistant à examiner le résultat d’une expérience dans laquelle le sel à étudier avait été privé de l’éclairage du soleil, porte un nom. Il s’agit d’une contre-expérience. En toute logique, une telle vérification devait absolument faire partie du protocole expérimental de Becquerel. Le physicien recherchait une émission de rayons X engendrée, comme la fluorescence, par l’exposition de sels au soleil. Il avait fait varier le paramètre « nature du sel », en passant en revue tous les sels fluorescents dont il disposait. Après des expériences négatives, il avait trouvé des résultats positifs sur les sels d’uranium. Le protocole expérimental exigeait alors qu’il teste le paramètre « soleil », en réalisant une expérience « à blanc », c’est-à-dire dans le noir ! C’est ce qu’il a finalement fait, mais il semble bien établi que c’est la pluie qui, contrariant son programme initial, l’a fait obliquer vers cette expérience de contrôle plus tôt que prévu. Il est d’ailleurs fréquent qu’un chercheur, un peu obnubilé par le résultat qu’il cherche à trouver, « oublie », au moins pendant quelque temps, d’effectuer ce type de contre-expérience. On peut cependant penser que, tôt ou tard, Becquerel aurait souhaité prouver que le soleil était nécessaire à l’émission des radiations qu’il observait. Dans cette hypothèse, les trois jours de pluie sur Paris n’ont fait qu’accélérer une découverte qui était déjà pratiquement inéluctable.

Venons-en maintenant à Pierre et Marie Curie. Pour eux, le problème se pose tout à fait différemment. Dès le départ, ils se proposent d’étudier un phénomène récemment découvert, les rayons uraniques de Becquerel. Leurs travaux ne constituent pas une recherche exploratoire, comme celle de l’illustre académicien, mais ce qu’on appelle aujourd’hui des expériences « de seconde génération ». Pour ce genre d’étude,

Il est toujours très avantageux de s’équiper de matériel nouveau, et c’est ce que Pierre et Marie Curie ont fait. Leur chambre d’ionisation et la balance à quartz, qui paraissent si démodés, étaient ce que l’on pouvait faire de mieux, à cette époque, en matière de détection de ces nouveaux rayonnements, en somme, ce qu’on appellerait aujourd’hui de la « haute technologie » ! Pierre et Marie Curie y ont ajouté un autre facteur de succès, très en vogue également de nos jours, la pluridisciplinarité. C’est parce qu’ils ont su allier les grands talents de physiciens des frères Curie aux compétences extraordinaires de Marie dans le domaine de la chimie, qu’ils ont abouti, en un temps record, à la découverte de ces deux éléments chimiques nouveaux qui se révélèrent si importants pour la compréhension du phénomène de radioactivité.

Bien sûr, comme Röntgen, Becquerel, et tous les découvreurs, les Curie ont bénéficié des acquis scientifiques et techniques de leurs prédécesseurs, la piézoélectricité, l’électromètre à quadrants, les techniques de séparation chimique et de synthèse. Aucune découverte ne sort du néant. Mais Pierre et Marie Curie avaient su se donner les moyens de leur réussite. Celle-ci résulta d’un travail acharné, qui se poursuivit bien après 1898. La part du hasard dans la découverte du polonium et du radium apparaît donc bien réduite. On peut dire cependant que Pierre et Marie Curie ont eu une petite part de chance. C’est lorsqu’ils ont déclaré que la substance radioactive qui accompagnait le bismuth était un nouvel élément (le polonium). En effet, ce simple argument, basé sur le comportement chimique n’était pas suffisant. Ce « nouvel élément » n’aurait fort bien pu être qu’un isotopedu bismuth, ce que les chercheurs de l’époque ne pouvaient soupçonner, la notion d’isotopie étant alors inconnue. Cela n’aurait pas modifié la portée des découvertes de Pierre et Marie Curie, mais cela aurait entaché d’erreur leurs conclusions immédiates. Conscients de cette faiblesse, c’est en termes très prudents que Pierre et Marie Curie publièrent leur découverte du polonium en juillet 1898. En revanche, en décembre de la même année, pour la découverte du radium, ils disposaient d’arguments beaucoup plus puissants. En effet, ils avaient pu concentrer une quantité suffisamment importante de cet élément pour que leur collègue Eugène Demarçay, grand spécialiste de la spectroscopie optique puisse discerner des raies nouvelles dans le chlorure de baryum renfermant ces faibles quantités de radium. Ces raies inconnues signaient sans ambiguïté la présence d’un nouvel élément chimique.

Un prix Nobel pour trois

La question de la paternité de la découverte de la radioactivité a parfois soulevé des polémiques. Devait-on l’attribuer à Henri Becquerel, qui, le premier, avait établi que l’uranium émettait vin rayonnement inconnu, différent des rayons X de Röntgen, ou à Pierre et Marie Curie dont les études avaient montré sans ambiguïté que le phénomène n’était pas limité à l’uranium, rendant désuet le terme de « rayons uraniques » pour le remplacer par le terme plus général de « radioactivité » ?
Sans entrer dans ce débat, un peu académique, nous nous contenterons de signaler que le « tout jeune » Comité Nobel décida, en 1903, d’honorer conjointement les trois chercheurs en leur attribuant le troisième prix Nobel de physique de l’Histoirepour la découverte de la radioactivité et l’étude de ses rayonnements.
À la fin du xx^e siècle, lorsque fut célébré le Centenaire de la découverte de la radioactivité, le Haut comité national français chargé de mettre en place cette commémoration décida de suivre l’esprit des Nobel. C’est pourquoi une célébration unique, s’étendant du centenaire de la découverte des rayons uraniques à celui de la découverte du radium, fut organisée de 1996 à 1998.