© Alexandre Lescure 2012 / Musée Curie

Instrument de thèse d’Irène Curie


Pour effectuer ses recherches Irène Curie fait construire par l’atelier de mécanique du laboratoire, situé au sous-sol du Pavillon Curie, de nombreux instruments scientifiques, dont celui qui lui permet de réaliser sa thèse, en 1925, sur l’étude des rayons α du polonium. Inventé, fabriqué et utilisé dans le laboratoire Curie celui-ci s’intègre dans l’exposition permanente du Musée Curie.

« Il nous a paru utile de reprendre cette étude en employant un appareil permettant d’atteindre avec précision la plus grande partie de la courbe d’ionisation.
De l’étude comparative des divers appareils décrits, il résulte que l’appareil de I. Curie nous semble réaliser les meilleures conditions théoriques
»

Tadashi Onoda, Courbe d’ionisation dans l’oxygène pur relative aux rayons alpha du polonium, 1928

En 1921, une fois terminés ses études, Irène Curie devient assistante de sa mère à l’Institut du radium. Elle commence alors une thèse de doctorat, et décide d’étudier les rayons alpha émis par le polonium, le premier élément radioactif découvert par Marie et Pierre Curie en 1898. Pour mener ses recherches de thèse, Irène Curie fait construire par l’atelier de mécanique du laboratoire, situé au sous-sol du Pavillon Curie, un instrument scientifique. Dans de nombreuses publications cet instrument est dénommé : « Appareil d’Irène Curie ». Inventé, fabriqué et utilisé dans le laboratoire Curie celui-ci s’intègre aujourd’hui dans l’exposition permanente du Musée Curie.

La courbe de Bragg des rayons α du polonium


On dit en physique que les rayons radioactifs ont des pouvoirs ionisants. Ceci signifie qu’ils interagissent avec les atomes constituant la matière (de l’air, de l’eau, du plomb..) qu’ils traversent après leur émission et, dans ces interactions, ils arrachent des électrons aux atomes, en les transformant en des ions. Au cours de ces interactions, les rayons ionisants sont impactés aussi : ils perdent de l’énergie à chaque collision successive, jusqu’à s’arrêter, on dit alors qu’ils ont été absorbés. 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.

William Henry Bragg, physicien et chimiste britannique, en étudiant ce phénomène complexe, découvre en 1903 que la perte d’énergie des rayons ionisants dans un quelconque matériau n’est pas uniforme, mais qu’au contraire elle évolue au cours du trajet des rayons dans la matière. Le processus dépend en plus de l’énergie de départ du rayon ionisant, et de la densité du matériau traversé (car plus le matériau est dense, plus rapidement le rayon perdra son énergie). Bragg mesure ce phénomène et définit une courbe caractéristique, représentant la quantité d’énergie que déposent sur leur chemin les rayons ionisants dans un matériau donné à chaque instant. Celle-ci est appelée courbe d’ionisation ou courbe de Bragg.

De nombreux scientifiques, tel que P. Bianu, au laboratoire Curie, s'intéressent à tracer, à partir de leurs expériences, la courbe de Bragg pour les rayons α émis par le polonium. Comme cela arrive souvent en science, les résultats de ces expériences indépendantes ne sont pas toujours en accord. Le travail de thèse d’Irène Curie permet, entre autre, de préciser la forme dite normale de la courbe de Bragg pour les rayons α du polonium dans l’air. 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.”

L’appareil d’Irène Curie


L’objectif de la thèse d’Irène Curie est d’élucider la cause de l’obtention de différentes formes de courbes de Bragg par un grand nombre de chercheurs différents, et de définir une courbe de référence relative aux rayons α dans l’air. Afin de mener à bien ses travaux, elle observe d’abord le parcours des rayons α, mesure avec précision leurs vitesses initiales, établit leur courbe d’ionisation puis leur vitesse tout au long du parcours. Pour effectuer ces mesures, elle améliore et construit un nouveau dispositif se basant sur différents appareils qui ont tous été développés à partir d’un même instrument , 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 à diaphragme (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 canalisé 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


Les améliorations de cet appareil apportées par Irène Curie résident dans le fait de pouvoir déplacer la source (S) et le canaliseur (C), à l’aide d’un rail, à l’intérieur du cylindre métallique (A). Ceci permet de mesurer facilement l’ionisation de la matière traversée par les rayons alpha à différents endroits. Au sein de son dispositif elle évite de faire passer les rayons au travers d’une toile métallique ou d’un écran susceptibles d’altérer la forme de la courbe. En effet si les rayons traversent une toile métallique, il est plus que probable que les rayons α ne passent pas correctement, voire pas du tout.

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 4400F1. 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 Pierre et Marie 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.

© Musée Curie (coll. ACJC)
© Sacha Lenormand 2013 / Musée Curie

Aujourd’hui, 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 l’unique exemplaire connu à ce jour de l’instrument conçu par la scientifique, et est représentatif à la fois de la production scientifique du laboratoire Curie, et du travail mené en même temps dans ses ateliers mécaniques. Actuellement, il est difficile de nommer cet appareil. En effet, bien qu’il permette d’obtenir des courbes de Bragg, Irène Curie ne l’a jamais nommé “appareil de Bragg”. Dans sa thèse lorsqu’elle parle de l'instrument qu’elle met au point elle l’appelle “chambre d’ionisation”3. D’autres personnes, comme son mari, le nomment d’une autre manière : “ …, il résulte que l’appareil de I. Curie nous semble …” 4. Au sein du musée, l’appareil de thèse d’Irène Curie est présenté sous le nom de : “appareil de Bragg d’Irène Curie pour l’étude des rayons a du polonium”.

1 Archives du Musée Curie;

Massiot Anaïs, Pigeard-Micault Natalie, « Les coulisses des laboratoires d’autrefois », Ed. Glyphe 2017;

Curie Irène, « Recherches sur les rayons alpha du polonium oscillation de parcours vitesse d’émission, pouvoir ionisant », Thèse de doctorat en Sciences Physique, Laboratoire Curie de l’Institut du Radium, Paris, 1925, 68 p;

F. Joliot et T. Onoda, “Courbe d’ionisation dans l’hydrogène pur relative aux rayons alpha du polonium”, J. Phys. Rad, vol.9, n°5, p. 175-179, 1928.

pour aller plus loin


> Curie Irène, « Recherches sur les rayons alpha du polonium oscillation de parcours vitesse d’émission, pouvoir ionisant », Thèse de doctorat en Sciences Physique, Laboratoire Curie de l’Institut du radium, Paris, 1925.

> I. Curie et F. Behounek “Etude de la courbe de Bragg relative aux rayons du radium C’” J. Phys. Rad., vol. 7, n°4, p. 125-179, 1926.

> F. Joliot et T. Onoda, “Courbe d’ionisation dans l’hydrogène pur relative aux rayons alpha du polonium”, J. Phys. Rad, vol.9, n°5, p. 175-179, 1928.

> P. Radvanyi, “Irène au laboratoire”, In Les Curie, pionniers de l’atome, n°11, Les génies de la sciences, p. 82-83, 2005.