Décembre 1898 : Les Curies Découvrent le Radium
Pierre et Marie Curie peu après leur mariage.
L’électromètre de Pierre et Jacques Curie.
Les femmes physiciennes étaient une rareté au 19ème siècle, mais encore plus rares étaient les équipes collaboratives mari et femme. Pierre et Marie Curie sont entrés dans l’histoire non seulement à cet égard, mais aussi parce que leur travail d’équipe scientifique a conduit à la découverte de la radioactivité et de deux nouveaux éléments du tableau périodique, pour lesquels ils ont partagé le prix Nobel de physique.
Originaire de Pologne, Marie Curie est née Maria Sklodowska. Son père était un instituteur qui avait perdu son poste prestigieux à cause de ses sentiments pro-polonais à une époque où la Pologne était divisée entre l’Autriche, la Prusse et la Russie tsariste.
La famille était pauvre, mais son père a exposé Marie et tous ses frères et sœurs aux classiques de la littérature, ainsi qu’aux sciences.
Marie ne pouvait pas s’inscrire à l’Université de Varsovie ; les femmes n’étaient pas admises. Au lieu de cela, elle, sa sœur Bronya et plusieurs autres amies ont fréquenté une « université flottante »: une école du soir illégale dont les cours se réunissaient dans des lieux changeants pour échapper aux autorités tsaristes. Elle a travaillé comme gouvernante pendant plusieurs années, aidant à payer les frais de scolarité de Bronya à la faculté de médecine de Paris.
Finalement, c’était son tour. Marie part pour Paris à l’automne 1891 pour poursuivre des études à la prestigieuse Sorbonne de l’Université de Paris. Bien que ses connaissances en mathématiques et en sciences soient terriblement insuffisantes, Marie a travaillé dur pour rattraper ses pairs et a finalement terminé première de son cours de physique à la maîtrise, obtenant également une deuxième en mathématiques l’année suivante.
Au printemps 1894, la recherche d’un espace de laboratoire par Marie conduit à une présentation fatidique de Pierre Curie, un scientifique d’environ 10 ans son aîné qui avait fait des travaux pionniers sur le magnétisme.
Fils d’un médecin respecté, Pierre a bénéficié de cours particuliers dans son enfance, démontrant bientôt une passion et un don pour les mathématiques. Il obtient une maîtrise à l’âge de 18 ans et, trois ans plus tard, découvre l’effet piézoélectrique avec son frère aîné, Jacques.
Ils ont constaté que lorsque la pression est appliquée à certains cristaux, ils génèrent une tension électrique, et lorsqu’ils sont placés dans un champ électrique, ces mêmes cristaux se compressent. Ils ont utilisé cet effet pour construire un électromètre à quartz piézoélectrique pour mesurer les courants électriques faibles, que Marie utiliserait dans ses recherches.
Pierre découvrit plus tard une relation fondamentale entre les propriétés magnétiques et la température. Aujourd’hui, la température à laquelle le magnétisme permanent disparaît est connue sous le nom de « point de Curie. »
C’est Marie qui a encouragé Pierre à rédiger ce dernier ouvrage sous forme de thèse de doctorat. Il a reçu son doctorat en mars 1895, ainsi qu’une promotion à un poste de professeur à l’école municipale, et le couple s’est marié trois mois plus tard.
Pour son propre doctorat, Marie choisit de se concentrer sur les mystérieux rayons d’uranium découverts début 1896 par Henri Becquerel, quelques mois après la découverte des rayons x par Wilhelm Roentgen.
Marie a mené de nombreuses expériences confirmant les observations de Becquerel selon lesquelles les effets électriques des rayons d’uranium sont constants, qu’ils soient solides ou pulvérisés, purs ou dans un composé, humides ou secs, ou exposés à la lumière ou à la chaleur. Elle a également validé sa conclusion selon laquelle les minéraux contenant une proportion plus élevée d’uranium émettaient les rayons les plus intenses.
Et elle a poussé ces découvertes un peu plus loin, en formant l’hypothèse que l’émission de rayons par les composés de l’uranium était une propriété atomique de l’élément uranium — quelque chose intégré à la structure même de ses atomes. Elle a inventé le terme « radioactivité » pour décrire cet effet unique, qu’elle a également trouvé dans les composés du thorium.
Intrigué par les découvertes de sa femme, Pierre s’associe à elle. Elle avait découvert que deux minerais d’uranium, la pitchblende et la chalcolite, étaient beaucoup plus radioactifs que l’uranium pur, et conclu que leur nature hautement radioactive était due à des éléments encore inconnus. En équipe, les Curies ont travaillé à séparer les substances contenues dans ces minerais, puis ont utilisé l’électromètre pour effectuer des mesures de rayonnement afin de « tracer » la quantité infime d’élément radioactif inconnu parmi les fractions qui en ont résulté.
Ils ont découvert qu’une fraction était fortement radioactive, donc même si elle se comportait chimiquement comme du bismuth, cela devait être quelque chose de nouveau. Ils ont nommé ce nouvel élément « polonium. »
En décembre 1898, ils ont découvert un deuxième nouvel élément dans une fraction de baryum, qu’ils ont nommé « radium. »Pour prouver à une communauté scientifique sceptique qu’il s’agissait bien d’éléments nouveaux, les Curies ont dû les isoler. Il a fallu plus de trois ans à Marie pour isoler un dixième de gramme de chlorure de radium pur, et elle n’a jamais réussi à isoler le polonium en raison de sa demi-vie très courte: 138 jours. Alors même qu’elle effectuait ses expériences, le polonium de sa matière première se décomposait rapidement.
Leurs travaux combinés ont presque immédiatement conduit à l’utilisation de matières radioactives en médecine, car les isotopes sont plus efficaces et plus sûrs que la chirurgie ou les produits chimiques pour attaquer les cancers et autres maladies.
Aujourd’hui encore, les isotopes radioactifs sont utilisés comme « traceurs » pour suivre les changements chimiques et les processus biologiques.
Pierre a également rapidement réalisé le potentiel de désintégration radioactive pour les matériaux de datation; l’âge de la terre a été déterminé à plusieurs milliards d’années, grâce à une étude de la désintégration de l’uranium.
En 1903, l’Académie des Sciences désigna Becquerel et Pierre – mais pas Marie – comme candidats au Prix Nobel de physique. Un mathématicien suédois nommé Magnus Goesta Mittag-Leffler, membre du comité de nomination et défenseur des femmes scientifiques, est intervenu, et Marie a été incluse dans la nomination. Les trois scientifiques ont reçu le prix Nobel en décembre 1903.