Petites histoires des sciences

Le problème de Frederick Soddy

Dans cette lettre[1] fulgurante, Soddy écrit pour commenter et renforcer une idée récemment avancée par Antonius Johanne van den Broek, un avocat néerlandais qui s’improvise théoricien de l’atome !

Van den Broek n’est ni chimiste ni physicien professionnel. Il est juriste de formation, travaillant comme avocat et conseiller juridique aux Pays-Bas. Mais il nourrit une passion profonde pour la structure de la matière et suit de près les avancées de la radioactivité. En 1911–1913, van den Broek publie plusieurs notes dans Nature où il avance que :

« Le numéro atomique correspond à la charge positive du noyau. »

Cette idée est révolutionnaire en 1913, car la structure du noyau est encore très mal comprise. Rutherford a découvert le noyau en 1911 mais sa structure est énigmatique. La classification périodique, mise en place en 1869 par le russe Mendeleïev repose encore largement sur la masse atomique, et la structure du noyau reste très spéculative. Dans les années 1910, plusieurs phénomènes radioactifs semblent contredire la classification périodique fondée sur les masses atomiques :

• des éléments chimiquement identiques ont des masses différentes,
• les séries radioactives produisent des « familles » d’éléments aux propriétés chimiques indistinguables.

Soddy cherche à donner un cadre conceptuel cohérent à ces anomalies. Il soutient que les transformations radioactives (émission α ou β) modifient la masse mais ramènent souvent l’élément à la même position chimique dans le tableau. Il s’appuie sur le fait que l’émission d’une particule α (charge +2) et de deux particules β (charge –1 chacune) peut se produire dans n’importe quel ordre, mais le résultat final est un retour à la même charge et donc à la même identité chimique, même si la masse atomique a changé.

C’est ici qu’intervient la contribution de Margaret Todd.

Margaret Todd

Margaret Todd est une figure à la croisée de la médecine, de la littérature et de l’histoire des sciences. Elle apparaît souvent en note de bas de page dans les biographies de Soddy, mais son rôle intellectuel mérite bien plus d’attention.

Née en Écosse, elle fait partie de la première génération de femmes médecins britanniques.  Elle étudie à l’Edinburgh School of Medicine for Women, fondée par Sophia Jex-Blake, et devient l’une des premières femmes à exercer la médecine en Écosse. Sous le pseudonyme Graham Travers, elle publie plusieurs romans à succès. Elle écrit aussi une biographie monumentale de Sophia Jex-Blake, qui reste une source historique majeure sur les débuts de la médecine féminine.

Au début du XXᵉ siècle, Édimbourg est un lieu où médecins, écrivains, philosophes et scientifiques se croisent dans les mêmes salons. Todd, médecin et romancière, y évolue naturellement. Soddy, alors professeur à l’université, fréquente les mêmes cercles. Leur rencontre se fait dans ce milieu où la conversation érudite est un art.

Soddy, en 1913, est confronté à un problème conceptuel : comment nommer des entités chimiques qui sont identiques du point de vue chimique mais différentes du point de vue atomique ? Il cherche un terme qui soit à la fois scientifiquement exact, étymologiquement solide et suffisamment élégant pour s’imposer.

Todd, qui maîtrise le grec et le latin, comprend immédiatement l’enjeu. Elle propose isotope — du grec isos = même, topos = lieu — en référence à la place dans le tableau périodique. Ce geste montre qu’elle saisit la structure conceptuelle du problème. Soddy, qui a un goût prononcé pour la clarté conceptuelle, reconnaît immédiatement la justesse du mot.

Il ne s’agit pas d’une collaboration scientifique au sens strict : Todd ne participe pas aux expériences, ni aux modèles nucléaires. Mais elle joue un rôle dans ce que Thomas Kuhn appellerait la mise en forme du paradigme. Le mot isotope clarifie la pensée, stabilise un concept nouveau, permet à la communauté scientifique de parler d’une réalité encore déroutante Soddy lui-même reconnaît publiquement l’origine du terme, ce qui est rare à une époque où les contributions féminines sont souvent invisibilisées.

La lettre écrite à Nature est courte mais ele contient une critique implicite du modèle nucléaire de Rutherford (charge purement positive), un appui explicite à van den Broek, une justification expérimentale tirée des lois de déplacement radioactives (Fajans–Soddy), l’introduction du mot isotope et une reformulation de la classification périodique, rien que ça.

En 1921, Soddy reçoit le prix Nobel de chimie pour ses travaux sur les substances radioactives et la nature des isotopes.

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[1] Soddy F. Intra-atomic charge, Nature. 92: 399-400. (1913). https://doi.org/10.1038/092399c0

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