© Alexandre Lescure 2012 / Musée Curie

Instrument pour l'étude électrochimique des radioéléments


L’un des premiers travaux de Frédéric Joliot au laboratoire Curie porte sur l’étude des propriétés électrochimiques du polonium. Pour effectuer ce travail de thèse il a imaginé et fait fabriquer un instrument. Ce type d’instruments sera par la suite utilisé au sein de nombreux laboratoires, dont le laboratoire Curie. De son invention jusqu’à son intégration dans les collections, le modèle de Frédéric Joliot est présenté aujourd’hui dans l’exposition permanente du Musée Curie.

« Son habileté expérimentale est remarquable. »

Extrait du livre de Pierre Radvanyi, Les Curie : Les pionniers de l’Atome, publié en 2005


Une histoire de radiochimie ... 


En 1923, Frédéric Joliot sort major de sa promotion comme ingénieur-physicien de l’Ecole Municipale de Physique et de Chimie Industrielles de Paris (EPCI). Un an plus tard, il apprend par son mentor à l’EPCI, Paul Langevin, que Marie Curie accepte de le prendre en tant que préparateur particulier. Au sein de ce laboratoire, le physicien se familiarise avec la radioactivité et s’initie à la chimie des substances radioactives. À cette époque, son habileté expérimentale est déjà très appréciée au sein du laboratoire Curie.

La radiochimie occupe une place importante dans l’activité du laboratoire. Elle permet de travailler avec de très faibles quantités d’éléments radioactifs, si faibles qu’on ne peut pas les peser. Ainsi grâce à la radiochimie on peut mesurer et obtenir des caractéristiques chimiques d’éléments radioactifs qui sont encore inconnus. En effet Marie Curie dit dans l’œuvre de Pierre Curie que la radiochimie « est une nouvelle méthode de recherche chimique basée sur la radioactivité. Elle consiste à effectuer des séparations par des moyens ordinaires de l’analyse chimique, et à mesurer, dans des conditions convenables, la radioactivité de tous les produits séparés. (…) on peut se rendre compte du caractère chimique de l’élément radioactif cherché (…) ». Marie et Pierre Curie ont été parmi les pionniers de la radiochimie avec les méthodes qu’ils ont développées pour la découverte du polonium et du radium.

A partir de 1927, Frédéric Joliot contribue aux activités de recherche en radiochimie du laboratoire Curie en s'intéressant plus particulièrement à l’étude de certaines propriétés du polonium. Ses études le conduisent par la suite à améliorer les techniques utilisées dans les laboratoires de radiochimie, en inventant un dispositif tout à fait astucieux…

© Musée Curie (coll. ACJC)
© Musée Curie (AIR_LC_MC_018_02)

La thèse de Frédéric Joliot


Dans sa thèse obtenue en 1930, Frédéric Joliot cherche à observer différents phénomènes physico-chimiques. Il utilise la méthode de l'électrolyse : lorsque l’on introduit deux lames de métal (électrodes) dans une solution de polonium et que l’on fait passer un courant électrique entre ces deux électrodes, ceci entraine alors la formation d’un dépôt de polonium sur une des deux lames. Mesurer la vitesse à laquelle le dépôt se crée permet l’étude des caractéristiques physico-chimiques du polonium. Notamment, d’identifier les différentes formes chimiques du polonium.

Pour mener à bien ses recherches, Frédéric Joliot met au point un nouvel appareil d’électrolyse, incluant des chambres d’ionisations qui permettent de mesurer au cours du temps, la charge électrique produite par les rayons α émis par le polonium.

À l’intérieur de cet appareil se crée un courant entre deux électrodes (A : électrode + (anode) ; C : électrode – (cathode)). Celui-ci permet en fonction de la formule chimique du polonium en solution de se fixer à l’électrode A ou à l’électrode C. A la surface de l’électrode se forme alors un dépôt radioactif de polonium. Le rayonnement émis par le dépôt traverse l’électrode jusqu’à la chambre d’ionisation qui, associée à un électromètre, permet de mesurer le courant généré.

© Musée Curie
© Musée Curie

L’amélioration de ce dispositif réside dans la mise en place de deux électrodes suffisamment minces pour laisser passer les rayons alpha du polonium jusqu’aux chambres d’ionisations, qui sont associées à un électromètre à quadrant et un quartz piézoélectrique. Ceci est le système de mesure caractéristique de la radioactivité du laboratoire Curie. L’ajout de Frédéric Joliot permet d’effectuer une observation en continu de la vitesse de dépôt en évitant de retirer les électrodes pour chaque mesure.

Irène Jolio-Curie dit dans son livre ‘Les radioéléments naturels’ (1946) que :
« Ce dispositif permet de mesurer la vitesse de dépôt sans retirer les électrodes, ce qui a de très grands avantages » !

Du laboratoire au musée...


Passant d’un usage scientifique à un statut patrimonial le prototype de Frédéric Joliot a une histoire des plus particulières...

En effet, en plus d’être inventé par Frédéric Joliot pour la réalisation des travaux de sa thèse en 1930, ce dispositif aujourd’hui conservé au Musée Curie a été fabriqué par Lucien Desgranges. Monsieur Desgranges a commencé en tant qu’apprentis à l’atelier de mécanique au sous-sol du laboratoire Curie à l’âge de 13 ans ! Puis 9 ans plus tard, en 1929, il devient chef d’atelier. Cet atelier doit alors répondre à toutes les demandes de constructions d’appareils venant des scientifiques du Laboratoire.

« Très souvent, Madame Curie nous disait ce qu’elle voulait faire et c’était au mécanicien de faire ce qu’il fallait pour rendre l’expérience commode et valable. » (Interview de Lucien Desgranges par Paul Bordry, à l’occasion des 100 ans de la naissance de Marie Curie, 1967)

L’amélioration de Frédéric Joliot a été largement utilisée au laboratoire mais aussi dans divers autres centres de recherche pour l’étude chimique de différents processus. Aujourd’hui l’appareil de thèse de Frédéric Joliot s’inscrit au sein du parcours permanent du Musée Curie, dans la partie C “Le laboratoire entre physique et chimie”. Il est considéré alors comme le reflet et le témoin du travail qu’exécutent les scientifiques et les techniciens du laboratoire Curie.

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

pour aller plus loin


Joliot-Curie, Irène et Frédéric, “Etude électrochimique des radioéléments applications diverses”, In Oeuvres scientifique complète, Paris, 1961, p. 163-205 (Thèse)

Joliot-Curie Irène, “Chapitre XIV. Les méthodes de la Radiochimie. Electrochimie des radioéléments”, In Les radioéléments naturels. Propriétés chimiques, préparation - dosage, 1946, p. 102-104

Radvanyi Pierre, “6. Deux jeunes gens complémentaires”, In Les Curie. Pionniers de l’atome, Belin 2005, p. 79 - 88.