Petites histoires des sciences

De l’enfance aux études avec Marie Skłodowska Curie

Marguerite Catherine Perey est née le 19 octobre 1909 à Villemomble. Elle vit avec son père, Louis Émile Perey (1856-1914), sa mère, Anne Jeanne Perey (1858-1951), ses trois frères et sa sœur. Ils forment une famille modeste dont les revenus proviennent du travail effectué au moulin à farine de la ferme où ils vivent. En 1914, après l’effondrement de la bourse provoqué par le déclenchement de la Première Guerre mondiale et la mort de son père, Marguerite et sa famille commencent à connaître des difficultés financières. À 15 ans, elle commence à donner des cours particuliers aux élèves du lycée tandis que sa mère donne des cours de piano. Cependant, la situation financière précaire de la famille ne permet pas à ses frères et sœurs d’accéder à l’enseignement supérieur, et Marguerite doit abandonner son rêve de devenir médecin.

En janvier 1917, l’École d’Enseignement Technique Féminin est fondée à Paris. C’est dans cette école technique qu’en 1928, Perey commence ses études de chimie. En juin 1929, Perey reçoit le Diplôme d’État de Chimiste et le même mois, la lauréate du Prix Nobel de Physique (1903) et du Prix Nobel de Chimie (1911), Marie Skłodowska-Curie (1867-1934), se rend sur place pour rencontrer les techniciennes de laboratoire fraîchement diplômées. Perey, gênée, réalise qu’elle est face à la plus grande figure scientifique féminine de la planète. Ce que Marguerite ne sait pas, c’est que Marie Curie soutient l’Institut et offre à la majore de promotion, une place dans son laboratoire. Marguerite Perey reçoit en juillet une lettre l’informant de sa nomination à l’Institut du Radium, ce qui suscite, on le comprend aisément, une grande surprise et un vif enthousiasme.

Bien qu’ayant été formée à effectuer des opérations chimiques simples et à préparer des produits triviaux à l’aide de récipients de cuisine, Perey se distingue par son enthousiasme et ses remarquables compétences en laboratoire. Elle obtient rapidement sa première promotion : à 19 ans, elle est l’assistante personnelle de Marie Curie. Elle est chargée de travailler sur la purification de l’actinium.

Cet élément a été découvert en 1900 par André Louis Debierne (1874-1949) après des analyses de résidus de pechblende. Marie Curie décide alors d’orienter ses études vers la spectroscopie de la série de l’actinium. Cependant, cet élément a une demi-vie incertaine, comprise entre 7 et 22 ans, et son étude nécessite un échantillon concentré, permettant de le séparer de tous les autres composants du minerai d’uranium. Curie demanda donc à Perey de préparer un échantillon aussi concentré que possible de l’élément chimique, puis de commencer les analyses physico-chimiques. En 1934, après de nombreuses précipitations et cristallisations fractionnées, un échantillon de 5 mg d’oxyde de lanthane contenant 0,053 mg d’Actinium 227 est finalement obtenu. Cependant, les recherches sont interrompues suite au décès de Marie Curie.

 La découverte du Francium

Après la mort de Curie, Debierne prend la direction de l’Institut du Radium et commence à guider les travaux de Perey sur l’actinium, avec l’aide d’Irène Joliot Curie (1897-1956). Les recherches de Perey visent principalement à déterminer la demi-vie exacte de l’élément. La désintégration de l’actinium 227 ne pouvant pas encore être mesurée directement (son rayonnement bêta (β) étant trop faible pour être détecté), une période d’attente de trois mois est nécessaire pour établir l’équilibre radioactif entre lui et ses noyaux fils, dont la désintégration peut être observée.

En 1938, lorsque Perey commence à analyser l’échantillon d’oxyde de lanthane obtenu quatre ans plus tôt, elle observe, dès les premières heures, une activité β pénétrante qui augmente sur une période de 21 minutes, contrairement à toutes les activités de la séquence de désintégration de l’actinium. Ensuite, cette activité atteint un plateau, puis augmente lentement à nouveau. Une conclusion s’impose : l’activité observée ne correspond pas à celle de l’Actinium 227, car elle n’aurait pas dû croître. Perey décide alors de reprendre les procédures avec un équipement amélioré et des conditions différentes, mais les résultats sont identiques. Lorsque l’actinium purifié est laissé au repos pendant deux heures, puis mis en solution et précipité à nouveau avec du perchlorate de césium, une activité bêta qui augmente sur une période de 21 minutes est observée. Perey arrive à la seule conclusion possible : l’augmentation de l’activité du type bêta pénétrant observée est liée à la présence d’un nouvel élément chimique, non encore identifié.

Mendeleïev avait prévu dès 1872 l’existence d’un métal alcalin : l’Eka-césium dont la masse atomique serait supérieure à celle du césium. Lorsqu’Henry Moseley découvre les protons, il prévoit un numéro atomique de 87 pour ce nouvel élément. De nombreuses tentatives ont été faites pour isoler cet élément et certains ont cru l’identifier. On trouve dans la littérature le nom d’Alkalinium en 1925 proposé par les chimistes britanniques Gerald Druce et Frederick Loring, le Russium de Dmitri Konstantinovich Dobroserdov, dans les années 30, l’américain Fred Allison soumet le nom de Virginium.

La française Marguerite Perey établit qu’à la suite de la désintégration alpha (α) de l’Actinium 227, ​​il se forme l’Eka-césium (Eka-Cs), et elle commence par l’appeler prudemment actinium K (AcK). À l’âge de 29 ans, une note est publiée dans les Comptes rendus de l’Académie des sciences du 9 janvier 1939, intitulée « Sur un élément 87, dérivé de l’actinium », dont Marguerite Perey est l’unique auteur.

Cependant, la présence et l’acceptation des femmes dans le domaine scientifique n’est pas si simple. Le scientifique et prix Nobel de physique 1926 Jean Perrin (1870-1942) minimise publiquement la découverte de Perey et promeut une affirmation antérieure de ses anciens étudiants, Horia Hulubei (1896-1972) et Yvette Cauchois (1908-1999), concernant la découverte de l’élément 87. Hulubei, qui avait baptisé cet élément moldavium, affirmait qu’il s’agissait d’un élément stable mais très rare. Perrin rejette la découverte de Perey, la qualifiant d’« élément chimique fugace ». Hulubei et Cauchois affirment avoir détecté un élément 87 stable, affirmations finalement réfutées dans les années 1940. Ironie, c’est Perrin qui présente les études de Perey à l’Académie des sciences française le 9 janvier 1939. Les travaux de scientifiques non membres de l’Académie étaient généralement présentés à l’Académie par des membres ; Perrin en était membre. La fin de l’article de Perey dans les Comptes Rendus cite l’affirmation antérieure de Hulubei et précise que, si elle était confirmée, il s’agirait d’un isotope à longue durée de vie du même élément qu’elle rapporte. Malgré le scepticisme de Perrin et de la communauté scientifique de l’époque, Perey poursuit ses études sur l’élément de numéro atomique 87.

Même si la période qui a suivi mon identification du francium m’a valu certains honneurs, j’ai aussi traversé des moments de larmes et de déceptions causés par des traits vils du caractère humain : des manifestations de bassesse et de perfidie.

Après la découverte de l’AcK, Perey décide de poursuivre ses recherches sur les rayonnements émis par ce nouveau radioélément et, en 1941, elle établit qu’environ 1 % de ses atomes émettent des rayonnements gamma. Cinq ans plus tard, elle mène une autre étude sur les produits radioactifs de l’AcK, découvrant qu’il est formé par l’émission α de l’actinium et que, lorsqu’il se désintègre par émission β, il se transforme en AcX.

C’est également après la découverte du radioélément que Debierne et Joliot-Curie encouragent Perey à entreprendre des études universitaires. Bien qu’elle n’ait pas de licence, la scientifique dispose de suffisamment de matière pour soutenir une thèse de doctorat, mais une licence est un préalable indispensable. Entre 1942 et 1945, Perey obtient trois certificats, en physiologie, biologie et chimie, ce qui lui permet de soutenir sa thèse.

Le 21 mars 1946, Perey soutient sa thèse de doctorat intitulée « L’élément 87 : Actinium K », à l’Université de Paris, sous la direction de Debierne, Joliot-Curie et Pierre-Paul Grassé (1895-1985), zoologiste et membre de l’Académie des sciences. Dans la dernière ligne de sa thèse, Perey propose le nom de Francium (Fr) pour l’élément chimique nouvellement découvert, comme un clin d’œil à Marie Curie qui avait nommé le radioélément Polonium en hommage à son pays de naissance. Cependant, lors de la soutenance, la scientifique propose le nom de Catium (Cm), une idée approuvée par Debierne, mais Joliot-Curie estime que ce nom évoque le mot cat, et non cation. Perey choisit donc de nommer Francium l’élément chimique de numéro atomique 87.

Avec l’Astate, le Francium est l’élément naturel le plus rare sur Terre : dans un échantillon donné d’uranium, la quantité de francium présente est estimée à un atome pour 1018 atomes d’uranium et il n’y aurait en permanence qu’au plus 30 g de francium dans la croûte terrestre.

Carrière universitaire

Fin 1946, Perey est invitée à travailler au Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le plus grand organisme public de recherche scientifique en France, situé à Paris et fondé en 1939 avec l’aide de Joliot-Curie. Perey est chargée d’enseigner un cours sur les méthodes spectroscopiques, mais elle n’a aucune intention de devenir enseignante. Elle préfère poursuivre ses recherches sur le francium et elle a l’intention de recruter des étudiants chercheurs, ce qui n’était pas autorisé à l’Institut du Radium.

Elle décide donc d’abandonner son poste au CNRS et elle est nommée à la chaire de chimie nucléaire à la Faculté des sciences de l’Université de Strasbourg en 1949. On lui confie alors la nouvelle mission de créer un laboratoire de recherche nucléaire pour étudier les applications chimiques et biologiques des isotopes radioactifs. La même année, elle lance un cours intitulé « Chimie et physique des radioéléments », où elle excelle dans l’enseignement des techniques de laboratoire pour manipuler, purifier et mesurer les composés radioactifs.

En janvier 1951, Joliot-Curie ouvre un modeste laboratoire de recherche à Strasbourg et, avec le jeune physicien André Coche (1922-1997), Perey suit une formation théorique et pratique sur les transformations radioactives, la physique nucléaire et l’instrumentation.

En 1955, l’université et le CNRS décident de regrouper tous les laboratoires responsables des études nucléaires de divers sites en un seul centre de recherche. Le Centre de Recherches Nucléaires (CRN) divisé en quatre sections dirigées par des professeurs d’université : physique nucléaire, physique des particules, chimie nucléaire et applications biologiques ; Perey est responsable du département de chimie nucléaire.

Peu après son installation à Strasbourg, Perey commence à ressentir des symptômes physiques douloureux qui la conduisent à abandonner ses activités de recherche en laboratoire en 1960. Un scanner établit que son squelette est contaminé à l’actinium, radioélément qu’elle a manipulé toute sa vie. L’exposition aux radiations, aura raison de sa santé et en 1961, Perey regrette de ne plus pouvoir poursuivre ses recherches.

En 1962, Perey entre à l’Académie des Sciences françaises où elle est élue par 48 voix contre 13. Il s’agit de la première femme élue à l’Académie des sciences française. Perey devient la cible d’articles de journaux et de magazines sur sa vie personnelle et professionnelle.

Le 13 mai 1975, Marguerite Perey décède. De son vivant, Perey aura reçu de nombreux prix et elle fut nominée au moins cinq fois pour le prix Nobel de chimie : 1952, 1958, 1961, 1965 et 1966, sans jamais le remporter.

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Références bibliographiques et webographiques

Adloff  J. P. et Kauffman G. B., Marguerite Perey and the Discovery of Francium, Educ. Chem., 1989, 26(5), 135-137.
https://perey.org/genealogy/MP%202.pdf

Guillaumont Robert. Completion and extension of the periodic table of elements beyond uranium. Comptes Rendus. Physique, La science en mouvement 2 : de 1940 aux premières années 1980 – Avancées en physique, Volume 20 (2019) no. 7-8, pp. 617-630. doi : 10.1016/j.crhy.2018.12.006. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2018.12.006/

Hulubei H., Recherches relatives à l’élément 87, Comptes rendus des Séances de l’Académie des Sciences, 1936, 202, 1927-1929.
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3154f

Perey M., Sur un élément 87, dérivé de l’actinium, C. R. hebd. séances Acad. sci., Volume 289 (1934), pp. 97-99
https://hal.science/jpa-00233698/document

Perey M. L’élément 87, J. Chim. Phys., Volume 43 (1946), pp. 152-168
DOI: https://doi.org/10.1051/jcp/1946430155

Perey M. et Lecoin M., Sur le rayonnement ɣ de l’actinium et de l’actinium K.  C. R. Séances Acad. Sci., 1941, 212, 893-895
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3164q

Perey M.  et Adloff J. P., Séparation chromatographique du francium. C. R. Séances Acad. Sci., 1953, 236, 1163 1165.
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3188h

Société chimique de France
https://new.societechimiquedefrance.fr/produits/polonium-francium/

Wikipedia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Marguerite_Perey

Toutes les images sont issues de Wikipedia, sauf la courbe, issue de l’article de Perey Sur un élément 87, dérivé de l’actinium. L’image en-avant a été générée par IA.