Comment Marie Curie a-t-elle découvert le radium ?

En 1898, Marie Curie et Pierre Curie découvrent le radium en étudiant les rayonnements émis par certains minerais. Le point de départ de leurs recherches est la radioactivité de l’uranium, observée en 1896 par Henri Becquerel. Marie Curie entreprend alors de mesurer systématiquement cette propriété dans différents minerais. Elle constate que certains échantillons sont beaucoup plus actifs que ne le laisserait prévoir leur seule teneur en uranium. Cette anomalie la conduit à supposer qu’ils contiennent d’autres éléments radioactifs encore inconnus.

Mesurer une activité mystérieuse

Pour comparer les minerais, Marie Curie utilise un électromètre fondé sur l’effet piézoélectrique du quartz, mis au point par Pierre Curie et son frère Jacques. Cet instrument permet de mesurer les faibles courants électriques produits par les rayonnements. La chercheuse observe notamment que la pechblende, un minerai d’uranium, ainsi que certains résidus issus de son traitement, sont plus radioactifs que l’uranium pur. Elle en déduit que leur activité ne peut pas être due uniquement à l’uranium. La mesure devient ainsi un moyen de suivre la présence d’éléments inconnus au cours des opérations chimiques : en séparant progressivement les constituants du minerai, les Curie recherchent les fractions qui conservent la plus forte radioactivité.

Le polonium, première découverte

Les Curie traitent alors de grandes quantités de résidus de pechblende, en réalisant de nombreuses dissolutions, précipitations et cristallisations. En juillet 1898, ils annoncent l’existence d’un nouvel élément, auquel Marie Curie donne le nom de polonium en hommage à la Pologne, son pays natal. Le polonium n’est pas découvert par observation directe : sa présence est déduite de l’activité radioactive anormalement élevée de certaines fractions du minerai. Cette méthode montre que la radioactivité n’est pas une propriété exclusive de l’uranium et qu’elle peut révéler des éléments présents en quantité infime.

L’identification du radium

En décembre 1898, Marie et Pierre Curie annoncent un second élément nouveau, qu’ils nomment radium, du latin radius, « rayon », en référence à son intense radioactivité. Pour le mettre en évidence, ils poursuivent le traitement de tonnes de minerai et concentrent progressivement la fraction active. Le radium possède des propriétés chimiques proches de celles du baryum, ce qui rend sa séparation particulièrement difficile. Il faut donc répéter les opérations de séparation et de cristallisation afin d’enrichir les sels de radium. La découverte de 1898 correspond à l’identification de ce nouvel élément ; l’obtention d’un échantillon suffisamment pur de chlorure de radium intervient ensuite, en 1902. Il ne s’agit pas alors de produire immédiatement du radium métallique, mais de confirmer et d’étudier l’élément sous forme de sel.

Une découverte fondatrice

Les travaux sur le polonium et le radium établissent l’existence d’éléments inconnus et contribuent à transformer l’étude de la matière. En 1903, Marie Curie partage le prix Nobel de physique avec Pierre Curie et Henri Becquerel pour leurs recherches sur les phénomènes de radiation. En 1911, elle reçoit un second prix Nobel, cette fois de chimie, notamment pour la découverte du polonium et du radium, l’étude de leurs propriétés et l’isolement du radium. Elle devient ainsi la première femme récompensée par un prix Nobel et la première personne à en recevoir deux. Les résultats obtenus par les Curie et leurs contemporains ouvrent la voie aux recherches ultérieures sur la structure de l’atome et à la physique nucléaire. La chaleur et les rayonnements du radium ne constituent pas une violation des lois de la thermodynamique : ils proviennent de transformations internes de la matière, dont la nature sera progressivement comprise par la physique nucléaire.