Histoire de la radioactivité : Les surprises du professeur Becquerel

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Les surprises du professeur Becquerel

La découverte des rayons X devait aussi avoir une incidence importante sur la physique, directement et indirectement. Directement, parce que l’interprétation de ce nouveau phénomène représentait une véritable énigme pour l’époque. Indirectement, parce que cette découverte allait en entraîner une autre, d’importance au moins équivalente.

C’est en France que des déplace l’action e notre histoire. En effet, parmi les physiciens européens destinataires du message de Röntgen figure Henri Poincaré… Séduit, comme tous ses collègues, par l’importance du mémoire de Röntgen, il en présente les résultats à l’Académie des sciences de Paris, le 20 janvier 1896. Il est frappé par le fait que les rayons X, tout comme l’émission de lumière par fluorescence, proviennent de l’impact des rayons cathodiques sur l’avant du tube de Crookes, et se demande si les deux phénomènes ne sont pas liés. Cette question intrigue particulièrement Henri Becquerel, l’un des académiciens présents, qui est justement un spécialiste de la fluorescence.

Becquerel et Polncaré savaient que d’autres causes que les rayons cathodiques – un édairement Intense, par exemple – peuvent provoquer cette ré-émission de lumière par certains corps. Les deux académiciens aboutissent à la même interrogation : l’émission de rayons X ne serait-elle pas toujours associée à la fluorescence?

Becquerel avait déjà utilisé la lumière solaire pour induire la luminescence d’un certain nombre de composés. Il connaissait bien ces sels et en possédait de nombreux échantillons. Il décida donc de les exposer systématiquement au soleil, et de détecter d’éventuels rayons X au moyen d’une plaque photographique enveloppée dans du papier noir. Ces expériences furent réalisées dans son laboratoire du Muséum d’histoire naturelle, à Paris. Henri Becquerel testa ainsi sans succès un certain nombre de sels, puis, un jour, plaça sur sa plaque un échantillon de sulfate double d’uranyle et de potassium. Pourquoi un composé aussi compliqué ? Parce qu’il en possédait « de très belles lamelles » qu’il avait préparées avec son père, Edmond Becquerel, lui- même physicien, une quinzaine d’années plus tôt, et aussi, bien sûr parce qu’il connaissait l’aptitude de ce sel à la fluorescence.

Henri Becquerel expose donc cet ensemble (échantillon + plaque) à la lumière du soleil, puis procède à la révélation de la plaque photographique. Il constate qu’elle a bel et bien été impressionnée. Ce résultat semble confirmer son hypothèse selon laquelle les sels d’uranium émettent des rayons X lorsqu’on les expose à la lumière solaire. Il le publie le 24 février 1896, mais, prudent, il n’affirme pas que la substance a émis des rayons X. Il se contente de dire qu’elle émet « des radiations qui traversent le papier opaque à la lumière et réduisent les sels d’argent ».

Voulant confirmer ce résultat, il prépare, quelques jours plus tard, deux autres expériences. Mais à la fin du mois de février, le soleil ne brille pas tous les jours à Paris. Becquerel range ses deux échantillons dans le tiroir d’une petite table en attendant le beau temps. Après trois jours de pluie, le soleil revient le premier mars. Le physicien sort son dispositif du tiroir, mais, après avoir hésité, décide de réaliser son expérience avec des plaques neuves. Cela sera beaucoup plus sûr. Les autres plaques ont séjourné plusieurs jours dans ce tiroir, elles ont pu être voilées. Au lieu de jeter celles qu’il n’utilise pas, il décide néanmoins de les révéler. Et c’est là que, comme Röntgen quelques mois plus tôt, il va éprouver la grande surprise de sa vie ! Enfermées trois jours dans un tiroir, à l’obscurité, les plaques sont encore plus noires (figure 4) que celles qu’il exposait au soleil d’habitude !

Becquerel publie ce nouveau résultat dès le lendemain 2 mars. Une première conclusion s’impose : dans les expériences qui ont précédé, l’exposition au soleil était inutile. Pas de soleil, pas de fluorescence, l’émission des rayonnements de Becquerel n’est donc pas associée à ce phénomène. Mais la seconde conclusion est beaucoup plus impressionnante : les sels d’uranium émettent des rayonnements sans cause extérieure. Il s’agit donc d’une émission spontanée. Cette constatation pose une question très importante : d’où provient l’énergie emportée par ces rayonnements ? Dans les expériences de Röntgen, l’émission de rayons X était provoquée, comme celle des rayons cathodiques, par le fonctionnement de la bobine de Ruhmkorff. L’origine électrique de l’énergie qui lui donnait naissance était donc facilement identifiable. Il n’en est pas de même pour les rayonnements observés par Henri Becquerel. De ce point de vue, sa découverte est encore plus étonnante que celle de Röntgen.

Poursuivant l’étude de ce nouveau phénomène, Henri Becquerel montrera notamment que les rayonnements qu’il a découverts sont capables, comme les rayons X, de traverser certains matériaux opaques à la lumière, et, comme eux, de décharger un électroscope préalablement chargé (on dit aujourd’hui que ce sont des rayonnements « ionisants »,). Après une année, il sera en mesure de montrer que l’intensité émise par un échantillon donné n’a pas décru. Enfin, il établira que tous les sels d’uranium, et même l’uranium métal émettent le même type de radiations. C’est pourquoi il les désignera sous le terme de « rayons uraniques ».