© 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 nommé « cellule électrochimique pour l’étude des radioéléments ». Ce type d’instrument est, par la suite, utilisé au sein de nombreux laboratoires, dont le laboratoire 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 Paul Langevin, son mentor à l’EPCI, 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 appelée radiochimie. À cette époque, son habileté expérimentale est déjà très appréciée au sein du laboratoire Curie.

La chimie des substances radioactives, ou radiochimie, occupe une place très importante dans l’activité du laboratoire. Elle permet de travailler avec de faibles quantités d’éléments radioactifs, si faibles qu’on ne peut pas les peser. Ainsi, grâce à la radiochimie, on peut mesurer et obtenir les caractéristiques chimiques d’éléments radioactifs.
Marie Curie explique, dans son œuvre 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 utilisé cette nouvelle méthode 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 travaux le conduisent à améliorer les techniques utilisées 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 de cet élément.

Pour mener à bien ses recherches, Frédéric Joliot met au point un nouvel appareil d’électrolyse, incluant des chambres d’ionisation 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’ionisation qui sont associées à un électromètre à quadrant et à un quartz piézoélectrique (système de mesure de radioactivité caractéristique 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 plus d’être inventé par Frédéric Joliot, ce dispositif, aujourd’hui conservé au Musée Curie, a été fabriqué par Lucien Desgranges, qui a commencé sa carrière en tant qu’apprenti, à l’âge de 13 ans ! 9 ans plus tard, en 1929, il devient chef de l’atelier de mécanique, au sous-sol du laboratoire Curie. Cet atelier doit alors répondre à toutes sortes de demandes des scientifiques.

« 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)

Le perfectionnement de l’instrument apporté par Frédéric Joliot est largement utilisé au laboratoire mais aussi dans divers 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 le reflet et le témoin des recherches effectuées par les scientifiques et du travail qu’exécutaient 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

Massiot, A., Pigeard-Micault, N., « Les coulisses des laboratoires d’autrefois. Vies et métiers à l’Institut du Radium et à la Fondation Curie », ed. Glyphe, 2017, 97 p.

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