Instrument de thèse d’Irène Curie

La courbe de Bragg

On dit en physique que les rayons radioactifs ont un pouvoir ionisant. Ceci signifie qu’ils interagissent avec les atomes constituant la matière qu’ils traversent (de l’air, de l’eau, du plomb..) après leur émission et, dans ces interactions, ils arrachent des électrons aux atomes. Les atomes sont ainsi transformés en ce que l'on appelle des ions. Au cours des interactions avec la matière, les rayons ionisants sont impactés aussi : ils perdent de la vitesse à chaque collision successive, jusqu’à s’arrêter. On dit alors qu’ils ont été absorbés par le matériau. On peut s’imaginer ce processus comme la traversée d’une voiture dans un circuit d’auto-tamponneuse : celle-ci entre en collision avec d’autres voitures en perdant progressivement de la vitesse jusqu’à s’arrêter complètement.

Le physicien et chimiste britannique William Henry Bragg découvre en 1903 que la perte d’énergie des rayons ionisants dans un quelconque matériau n’est pas constante, mais qu’elle varie au cours du trajet. Les courbes de Bragg permettent en particulier de montrer que la perte d’énergie des particules ionisantes est maximale en fin de parcours (on appelle ce maximum un « pic de Bragg »).

Bragg construit donc des courbes-type, représentant la quantité d’énergie relâchée à chaque instant par un rayonnement dans un matériau particulier. Celles-ci sont appelées courbes d’ionisation ou courbes de Bragg, et constituent un outil précieux pour les scientifiques qui travaillent avec des particules ionisantes. En protonthérapie par exemple, c’est en se basant sur des courbes de Bragg que l’on irradie efficacement les patients avec des faisceaux de protons. Le faisceau peut ainsi être calibré de façon à relâcher la plus grande partie de son énergie à proximité des cellules cancéreuses, et impacter très peu les tissus qu’il traverse sur son chemin.

L’appareil d’Irène Curie

De nombreux scientifiques contemporains d’Irène Curie s'intéressent donc à tracer, à partir de leurs expériences, des courbes de Bragg pour différents types de rayonnements dans divers matériaux. Pour les rayons alpha du polonium, et comme cela arrive souvent en science, les résultats d’expériences menées par différentes équipes ne sont pas toujours en accord. Irène Curie, dans sa thèse de doctorat, met fin à cette situation incertaine. Elle écrit en 1925, dans un rapport sur l’emploi de la subvention de la Caisse des Recherches Scientifiques qui cofinance son travail : “... à l’aide d’un appareil nouveau que j’ai imaginé et fait construire ; cet appareil permet de définir une courbe normale alors que les courbes données jusqu’ici par divers auteurs, ne concordent pas entre elles.”

Afin de mener à bien ses travaux, elle observe le parcours des rayons α dans l'air, mesure avec précision leurs vitesses initiales et tout au long du parcours. Pour effectuer ces mesures, elle développe un nouveau dispositif à partir d’un instrument existant, dit appareil de Bragg . L’instrument d’Irène Curie est composé de différents éléments :une chambre d’ionisation ainsi qu’une source radioactive (S) fixée sur un chariot avec un canaliseur (C). Le canaliseur permet ici de « resserrer » les rayons afin de leur donner une direction précise. L’ensemble peut glisser sur un rail horizontal G et tout est réglé de telle manière que le faisceau de rayon α arrive bien à la chambre d’ionisation. Le système est enfermé dans un cylindre métallique (A) prolongé par un tube en verre (T) gradué qui permet de donner la distance entre, la source radioactive et le milieu de la chambre d’ionisation. Le milieu est étanche et communique avec un manomètre et un thermomètre (t).

© Musée Curie

© Musée Curie

Du laboratoire au musée...

Après avoir conçu ce dispositif, Irène Curie le fait construire grâce à la subvention de la Caisse des Recherches Scientifiques de 1924 et 1925 respectivement de 4000 et 4400 francs¹. L’instrument est réalisé par Louis Ragot à l'atelier de mécanique au sous-sol du Pavillon Curie de l’Institut du radium. Louis Ragot commence dès 1904 son travail de mécanicien, pour Marie et Pierre Curie, dans leur précédent laboratoire de la rue Cuvier. Il est embauché pour les aider dans la construction et l’adaptation des appareils nécessaires aux traitements des éléments radioactifs. Dans l’atelier de mécanique du Pavillon Curie, Louis Ragot et son équipe de mécaniciens fabriquent à la demande des scientifiques, des instruments dont ils ont besoins pour leurs travaux².

Aujourd’hui, cet l’appareil de thèse d’Irène Curie s’inscrit au sein du parcours permanent du Musée Curie. , dans la partie C “Le laboratoire entre physique et chimie”. Il est représentatif à la fois de la production scientifique du laboratoire Curie, et du travail essentiel mené en même temps dans ses ateliers mécaniques. Il est l’unique exemplaire connu à ce jour de l’instrument conçu par la scientifique.