COMMENT LA PHYSIQUE AIDE A OBSERVER NOTRE CORPS ?
Rayons X ou rayons Röntgen ? Ce sont les mêmes ! Les rayons Röntgen, découverts par Wilhelm Conrad Röntgen en 1895 ont rapidement été rebaptisés, par lui-même, rayons X.
Encore un peu d'histoire
Né en Allemagne, Röntgen fut élevé et éduqué aux Pays-Bas, puis en Suisse. Adolescent, il était intéressé par les promenades dans la nature (il fut plus tard passionné de montagne) et par l’invention de mécanismes ingénieux, une aptitude qu’il mit à profit dans ses recherches. Après plusieurs postes universitaires, il occupa, à partir de 1888, une chaire de professeur de physique à l’Université de Wurzburg (Allemagne).
À cette époque, les physiciens s’intéressaient aux effets engendrés par une décharge électrique créée entre deux électrodes placées dans un tube de verre où l’on a fait le vide. Les parois du tube émettent en effet une lumière verdâtre (de fluorescence). Sir Williams Crookes avait attribué cette lumière à l’impact, sur le verre, d'un rayonnement produit par la décharge. Ce rayonnement, encore mystérieux, fut appelé "cathodique", car il provenait de l’électrode négative : la cathode.
Le soir du 8 novembre 1895, Röntgen mit en marche le « tube de Crookes » et remarqua une lueur provenant d’un écran luminescent posé, par hasard, sur une table située à distance. Cette lueur ne pouvait avoir été créée par l’impact des rayons cathodiques car ceux-ci sont rapidement arrêtés par le verre et l’air. Röntgen comprit très vite qu’un autre type de rayonnement, invisible et pénétrant, était sorti du tube pour provoquer la luminescence observée. Il s'enferma, dit-on, 3 semaines dans son laboratoire pour caractériser ce rayonnement énigmatique qu’il nomma un peu plus tard : rayons X.
Il observa que les matériaux absorbent de façon plus ou moins efficace les rayons X. Son épouse Bertha contribua d’ailleurs à la mise en évidence de l’absorption sélective des rayons X par la matière puisque Wilhelm Röntgen réalisa la première radiographie au monde : celle de la main de sa femme, où l’on distingue même la bague qu’elle portait. Les rayons X sont fortement absorbés par les métaux lourds comme l’or ; ils le sont moins par les os, encore moins par les tissus vivants. Ceci est à l’origine du contraste des images radiographiques. Röntgen montra également que les rayons X sont produits par l’impact des rayons cathodiques (qui sont en fait des électrons comme le montrera Joseph John Thompson peu de temps après) sur la matière. Dans le cas du tube de Crookes ce sont les collisions des électrons avec les atomes de l’électrode positive (l’anode) qui produisent les rayons X.
Un peu de science
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques, comme la lumière visible, mais leur longueur d’onde est de 1000 à 10000 fois plus courte (de l’ordre ou inférieure au nanomètre, le milliardième de mètre). La découverte de Röntgen eut un retentissement mondial considérable et immédiat. Il reçut le premier prix Nobel de physique, en 1901. La capacité des rayons X à rendre visible l’intérieur du corps humain fut considérée comme une révolution médicale. Les premières radiographies furent effectuées à l’hôpital Tenon, par Antoine Béclère, dès 1897 (il n’y avait pas encore d’électricité à l’hôpital et la haute tension était produite à l’aide d’un générateur électrique actionné manuellement…) Le développement de la radiologie s’est poursuivi au cours du XX e siècle avec en particulier le scanner qui, grâce aux possibilités de l’informatique et du traitement d’images, permet de reconstruire des images du corps en trois dimensions.
À côté de la radiographie médicale, le pouvoir de pénétration des rayons X est exploité pour radiographier des pièces métalliques. On peut ainsi mettre en évidence des défauts et fissures car ils produisent des effets de contraste caractéristiques. Les rayons X ont d’autres propriétés qui sont à l’origine de nombreuses méthodes d’étude des matériaux (poudres, cristaux, liquides, polymères, minéraux, métaux, matière organique et biologique) en physique, chimie, géologie, biologie… En effet, les matériaux absorbent, mais aussi diffractent les rayons X : une partie du rayonnement est renvoyée dans des directions particulières. C’est Max von Laue qui le montra le premier, en 1912, en proposant des expériences de diffraction des rayons X par les cristaux. L’analyse de l’intensité des faisceaux de rayons X ainsi diffractés permet de déterminer la structure cristallographique des matériaux, c’est-à-dire la position relative des divers atomes qui les constituent.