Marie Curie : ses découvertes, de la radioactivité au radium

On connaît son visage, ses deux prix Nobel, son entrée au Panthéon. On sait moins bien dire ce qu’elle a trouvé, au juste. « Elle a découvert la radioactivité » : la formule, souvent répétée, est à la fois trop large et trop étroite. Marie Curie n’a pas été la première à observer le phénomène, mais elle a compris ce qu’il était, lui a donné son nom, et en a tiré deux éléments chimiques que personne n’avait jamais vus. Voici ces découvertes dans l’ordre où elles se sont faites, et la méthode qui les a rendues possibles.

Le point de départ : des rayons venus de l’uranium

En 1896, le physicien Henri Becquerel observe que les sels d’uranium émettent spontanément un rayonnement invisible, capable de voiler une plaque photographique enfermée dans du papier noir. Marie Curie, qui cherche un sujet de thèse de doctorat en physique, choisit de s’attaquer à ces « rayons uraniques ».

Sa force est de ne pas se contenter d’observer : elle mesure, dans la lignée de tous ceux qui ont fait avancer la science en chiffrant un phénomène, depuis Ératosthène et son ombre qui a permis de découvrir la taille de la Terre ronde. Selon la biographie publiée par le Musée Curie, une méthode quantitative mise au point par Pierre Curie lui permet de chiffrer précisément l’intensité du rayonnement. Elle examine ainsi un grand nombre de substances et aboutit à une conclusion décisive : l’intensité ne dépend que de la quantité d’uranium présente, quelle que soit sa forme chimique. Le rayonnement est donc une propriété de l’atome lui-même, et non le résultat d’une réaction entre molécules. Pour mesurer la portée de cette idée, il faut se rappeler qu’on se représentait alors l’atome comme un grain immuable, bien avant qu’on sache ce qu’est un atome avec son noyau et ses électrons.

1898 : deux éléments nouveaux en six mois

Les mesures réservent une surprise. Certains minerais d’uranium, comme la pechblende, sont plus actifs que l’uranium pur qu’ils contiennent. Il faut donc qu’ils renferment autre chose, un élément inconnu, beaucoup plus actif encore. Pierre et Marie travaillent désormais de concert, et le couple se lance dans une chasse méthodique : séparer chimiquement le minerai en fractions, mesurer l’activité de chacune, garder la plus active, recommencer.

La méthode paie vite. En juillet 1898, les Curie annoncent un premier élément, qu’ils baptisent polonium en hommage à la Pologne natale de Marie. En décembre, un second, le radium. C’est dans ces travaux que Marie introduit le terme de radioactivité, pour désigner ce rayonnement spontané, de même nature que celui de l’uranium mais bien plus intense, précise le Musée Curie.

L’approche est entièrement nouvelle. Jusque-là, on découvrait un élément en l’isolant ou en observant sa lumière caractéristique. Les Curie, eux, le traquent par son rayonnement, alors qu’ils n’en possèdent que des traces infimes. Deux cases du tableau périodique des éléments se remplissent ainsi grâce à un instrument de mesure plutôt qu’à une balance.

Isoler le radium, pour que plus personne n’en doute

Annoncer un élément ne suffit pas à convaincre les chimistes : ils veulent le voir, le peser, déterminer sa masse atomique. Commence alors un travail harassant. Dans un hangar de l’École de physique et de chimie, rue Lhomond à Paris, Marie traite des tonnes de résidus de pechblende pour en extraire un sel de radium pur, dont elle mesure la masse atomique. Elle présente ces résultats dans sa thèse, soutenue en juin 1903.

La même année, le prix Nobel de physique est partagé entre Henri Becquerel et le couple Curie, « en reconnaissance des services extraordinaires rendus par leurs recherches communes sur les phénomènes de rayonnement découverts par le professeur Henri Becquerel », selon la motivation officielle de la Fondation Nobel. Pierre meurt accidentellement en 1906 ; Marie poursuit seule. En 1910, elle parvient à produire le radium à l’état de métal pur, preuve définitive de son existence. Le prix Nobel de chimie 1911 lui est attribué, pour elle seule cette fois, pour la découverte du radium et du polonium, l’isolement du radium et l’étude de ses composés. Elle devient la première personne distinguée par deux prix Nobel.

Ce que ces découvertes ont changé

Leur conséquence la plus profonde dépasse de loin le radium. Si un atome peut émettre spontanément de l’énergie, c’est qu’il n’est pas l’objet inerte et indivisible qu’imaginaient les chimistes. Les recherches qui suivent, celles de Rutherford notamment, montreront que la radioactivité naît dans le noyau, qui se transforme en émettant son rayonnement : un élément peut en devenir un autre. La physique nucléaire tout entière part de là. Le laboratoire poursuit sur cette lancée : la fille aînée de Marie, Irène, et son mari Frédéric Joliot y découvriront la radioactivité artificielle.

Il y a aussi ce qu’on lui attribue à tort. Pendant la Première Guerre mondiale, Marie Curie fait équiper dix-huit voitures radiologiques, les futures « petites Curie », qui permettent de localiser les éclats dans le corps des blessés. Mais ces voitures utilisent les rayons X, découverts par Wilhelm Röntgen, et non la radioactivité. Les deux rayonnements sont différents par leur origine, et c’est la première confusion à éviter quand on raconte son œuvre.