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article Quelques portraits     -    publié le 27/04/2006    mis à jour le 23/02/2014

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• Cauchois Yvette

Yvette CAUCHOIS est une physicienne et chimiste française qui a notamment consacré une partie de sa longue carrière scientifique (1928-1978) à l’étude des rayons X  : Elle a profondément influencé le développement de la spectroscopie des rayons X, et de l’optique des rayons X.

Elle est née à Paris le 19 décembre 1908, et dés l’enfance, elle est attirée par la science. En juillet 1928, elle est licenciée ès Sciences Physiques, et elle entre immédiatement au Laboratoire de Chimie Physique de la Sorbonne, qui est alors dirigé par Jean Perrin (prix Nobel de Physique en 1926). Elle obtient d’abord un Diplôme d’Etudes Supérieures sur la fluorescence des solutions, puis elle se consacre à la spectroscopie des rayons X.

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Le rayonnement X a été découvert par Wilhelm Röntgen 1 en 1895 : Il est produit par des tubes à rayons X , qui sont constitués d’une cathode émettant des électrons, et d’une anode (ou anticathode) accélératrice qui les reçoit et émet le rayonnement X par interaction de ces électrons avec le matériau constituant l’anode. Les radiations X émises comportent un spectre continu et des raies caractéristiques de l’anode . Les premiers développements de la spectroscopie X datent de 1913-1914 : En 1912, von Laue 2 a observé que les rayons X étaient diffractés par les cristaux. En 1913, W.L.Bragg 3 a établi la loi qui porte son nom  : n λ = 2d sin θ, d étant la distance entre les plans formant le réseau d’un cristal parfait, et n λ la différence de marche entre deux rayons incidents : Lorsqu’un faisceau de rayons X hétérogène est incident sur un cristal sous l’angle dit « de Bragg » θ, seule l’étroite bande de longueurs d’onde qui vérifie la loi de Bragg est diffractée par le cristal : c’est la réflexion de Bragg , ou réflexion sélective. Grâce aux cristaux, il devient donc possible de disperser le rayonnement X, et de l’analyser.

A 24 ans, en juillet 1933, Yvette Cauchois soutient une thèse de Doctorat intitulée « Extension de la spectroscopie des rayons X. Spectrographe à focalisation par cristal courbé ; spectre d’émission X des gaz » : Le spectrographe à rayons X qui porte son nom, lui confère une grande renommée : Depuis l’établissement de la loi de Bragg, les physiciens savent que les rayons X peuvent être réfléchis par la surface d’un cristal : Pour disperser les rayonnements de longueur d’onde inférieure à 1 angström, avec une résolution en longueur d’onde et une luminosité inégalées, ainsi que l’avait prévu le physicien Karl Siegbahn 4, prix Nobel de Physique en 1924, Yvette Cauchois établit les principes fondamentaux d’un nouveau spectrographe dans lequel les rayons X sont réfléchis par les faces d’une lame cristalline, de mica ou de gypse, courbée cylindriquement, pour obtenir une forte luminosité : Dans ces conditions en effet, le rayonnement émis par une source large est focalisé en différents points d’un cylindre, dit de focalisation, puis détecté.

« Le spectromètre Cauchois a le triple avantage d’être hautement lumineux, d’avoir une grande résolution, et d’être simple à manipuler ». Il permet d’obtenir des faisceaux X réfléchis intenses, monochromatiques et convergents, à partir de faisceaux incidents larges non canalisés. Avec ce spectromètre, Yvette Cauchois est la première, en 1934, à observer les faibles émissions X des gaz. Des laboratoires spécialisés en Europe, aux Etats-Unis, au Japon et en Australie sont hautement intéressés par cette nouvelle technique. Universellement utilisée pour l’analyse des rayons X et des rayons gamma, cette découverte conduit à un développement rapide de la physique de ces rayonnements.
Elle devient chargée de recherches au CNRS en octobre 1937, puis maître de recherches, puis Chef de travaux au Laboratoire de Chimie de la Sorbonne, le 1er janvier 1938. Pendant la seconde guerre mondiale, elle est d’abord chargée de l’enseignement de Chimie Physique ; s’y ajoute ensuite la direction du laboratoire de Chimie Physique. En 1945, elle devient Maître de conférences, puis professeur sans chaire à la Sorbonne, puis professeur titulaire en 1951, et enfin titulaire de la chaire de Chimie Physique de Jean Perrin, en 1953.

De 1933 à 1952, Yvette Cauchois développe l’application de la spectroscopie X à l’étude des atomes, des éléments radioactifs, puis de la structure électronique des solides. Elle met en évidence du polonium (Z=84) dans des minerais d’or et de tellure, de l’astate (Z=85) à partir des spectres du radon, du neptunium (Z=93) dans des minerais d’uranium. Elle effectue la première détermination précise des niveaux d’énergie des atomes, et la première mise en évidence de nombreuses raies d’émission X des éléments lourds, ... Elle s’intéresse à l’optique des rayons X et obtient des images réelles en lumière X5 : l’objet doit émettre des longueurs d’onde telles que la relation de Bragg soit vérifiée pour les angles d’incidence utilisés.

Pour obtenir une trajectoire circulaire des particules (électrons ou positrons) dans un synchrotron6, on utilise des aimants pour dévier le faisceau de particules, qui perdent alors de l’énergie, émise à l’extérieur de l’accélérateur sous forme de rayonnement électromagnétique, dans une gamme de longueurs d’onde qui va de l’infrarouge aux rayons X : c’est le rayonnement synchrotron, dont la théorie a été établie par le physicien Julius Schwinger 7, C’est une source continue, pulsée, directionnelle, polarisée. A partir de 1963, Yvette Cauchois est la première, en Europe, à réaliser des expériences de spectroscopie utilisant le rayonnement synchrotron, d’abord avec l’accélérateur circulaire du Laboratoire National de Frascati, prés de Rome, puis au début des années 1970, au LURE (Laboratoire pour l’utilisation des radiations électromagnétiques), à Orsay Ce n’est qu’en 1971 qu’une ligne de lumière (6) est installée autour de l’anneau de collisions d’Orsay (ACO)).

Yvette Cauchois s’intéresse également au rayonnement X cosmique : La collaboration du laboratoire de Chimie Physique de la Sorbonne et d’astrophysiciens permet de réaliser des images X du Soleil, en 1970. Elle apporte d’importantes contributions à la réalisation de sources puissantes d’électrons, accélérés sous des énergies allant de quelques kiloélectronvolts à 2 millions d’électronvolts, à l’étude de leurs interactions avec la matière. Sous sa direction, le laboratoire de Chimie Physique de la Sorbonne est pendant longtemps le seul établissement français engagé dans la recherche fondamentale sur la spectroscopie des rayons X.
Elle est la seconde femme, après Marie Curie, à présider la Société française de Chimie Physique. Elle met en place un excellent programme d’enseignement de Chimie Physique moderne. Lorsque le laboratoire de la rue Pierre et Marie Curie devient trop petit, dans les années soixante, elle crée un département de Chimie Physique à Orsay. Yvette Cauchois reste directeur du laboratoire de Chimie Physique de la Sorbonne (maintenant Paris VI) jusqu’à sa retraite en 1978 ; elle est alors nommée professeur émérite, et elle maintient ensuite une activité de recherche au laboratoire jusqu’en 1991-1992 (âgée alors de 83 ans !).
Elle a entretenu des relations scientifiques avec de nombreux chercheurs français et étrangers. Son laboratoire a été l’un des grands centres de recherches en spectroscopie X, et de nombreux collègues étrangers sont venus le visiter. De ses contacts professionnels sont souvent nées des relations amicales, et elle a entretenu une correspondance suivie avec de nombreux collègues. Yvette Cauchois a gardé aussi des liens étroits d’amitié avec certains de ses anciens étudiants. Elle a toujours été à l’écoute de ceux qui se trouvaient en difficulté et leur est venue en aide avec bienveillance.

Ses recherches ont été récompensées par de nombreux prix : le Prix Ancel de la Société Française de Physique8 dés 1933 ; quatre Prix de l’Académie des Sciences : le Prix Henri Becquerel, en 1935, le Prix Girbal Baral en 1936 , le Prix Jérôme Ponti en 1942, et le Prix Triossi en 1946. Elle est également lauréate, en 1938, du Prix Henri de Jouvenel (Palais de la Découverte), et de la Médaille de la Société Tchécoslovaque de Spectroscopie, en 1974.

Dans les années 60, elle est Commandeur dans l’Ordre des Palmes Académiques, Officier dans l’Ordre de la légion d’Honneur et Officier dans l’Ordre National du Mérite. Elle reçoit la Médaille d’Or de l’Université de Paris en 1987. Elle est docteur honoris Causa de l’université de Bucarest, en 1993.
« Passionnée par son métier, allant sans cesse de l’avant, elle a marqué l’évolution de tout un domaine de la recherche française, et sa mémoire est toujours présente dans son laboratoire, auquel elle s’est consacré toute sa vie » (Site Université dans la cité).
Elle s’est également consacrée aux jeunes défavorisés, auxquels elle a apporté à la fois un soutien moral et une aide matérielle. Elle aimait les arts, surtout la musique, ainsi que la poésie.
Yvette Cauchois a fait la connaissance, en France, de Ioan Stoïca, l’un des religieux du monastère de Bârsana, département des Maramures, dans le nord de la Roumanie. Impressionnée au cours de ses discussions avec le prêtre sur des thèmes religieux, elle décide de se faire baptiser dans la religion orthodoxe. En 1999, âgée de 90 ans, elle effectue donc un voyage en Roumanie, où elle reçoit le baptême des prêtres du monastère. Malheureusement, elle contracte là-bas une bronchite, et meurt quelques jours seulement après son retour à Paris, le 19 novembre 1999. Elle a demandé, par testament, d’être inhumée dans le monastère de Bârsana, auquel elle a légué toute la somme résultant de la vente de ses biens…

« Les moines considèrent cet évènement comme un véritable signe de Dieu. Ils affirment que leurs prières ont été entendues, et leur foi récompensée  » !! (d’après un article de Bucarest Matin).



Documentation :

Sites consacrés à Yvette Cauchois :

  • UNC (Université dans la Cité) :
  • Encyclopédie Larousse.
  • Jules Six et André Rousset : « Des physiciens de A à Z » (pour les biographies de Röntgen, von Laue, Bragg, Siegbahn et Schwinger).

(1) Wilhelm Conrad Röntgen  : physicien allemand (1845-1923), influencé par Clausius et Kundt : Il effectue d’abord des recherches sur la piézoélectricité, la pyroélectricité, et sur les gaz rares. Conformément aux prévisions de Maxwell, il met en évidence le champ magnétique résultant d’une variation de la polarisation d’un diélectrique. Il est nommé professeur successivement à Strasbourg, alors allemande (1876), puis à Giessen (1879), Würtzburg (1888), Munich (1900), où il dirige l’Institut de Physique. Sa plus grande découverte est celle des rayons X en 1895 : Il remarque qu’un sel phosphorescent émet une lumière jaune lorsqu’il est approché d’un tube de Crookes en fonctionnement. Il doit se rendre à l’évidence : un rayonnement encore inconnu, qui traverse le verre et le carton, est émis par le tube ; la source est localisée manifestement au point d’impact des électrons sur leur cible métallique. Il montre encore que ce rayonnement se propage en ligne droite, n’est ni réfléchi, ni réfracté, ni dévié par un champ magnétique, mais diversement absorbé par la matière. Il trouve sa découverte bien étrange lorsque, après avoir placé la main de son collaborateur (ou de son épouse Bertha, car le cliché fait apparaître une bague ?) devant une plaque photographique, il obtient une photographie qui révèle les os de la main : « On va dire que je suis devenu fou ! ». En 1901, il est le premier physicien à recevoir le prix Nobel de Physique. Les rayons X connaissent un très grand succès. Ils sont immédiatement utilisés en médecine pour faire des radiographies : Pendant la première guerre mondiale, Marie Curie et sa fille Irène en feront des milliers, grâce à des équipements mobiles (les « petite Curie »). Röntgen refuse de recevoir les gains financiers des rayons X. L’unité d’irradiation des rayons X porte son nom.

(2) Max Theodor Felix Von Laue  : physicien allemand (1879-1960) : d’abord assistant de Max Planck, il établit la théorie exacte de la propagation de la lumière dans un milieu en mouvement. La vérification expérimentale de cette théorie constituera un test significatif de la relativité restreinte…Nommé professeur à Munich en 1909, il s’intéresse aux rayons X, avec Röntgen et Sommerfeld.
En 1912, il met en évidence, avec ses collaborateurs, la diffraction des rayons X par les cristaux, qui atteste à la fois le caractère ondulatoire de ces rayons, et le caractère périodique de la disposition des atomes dans les cristaux.

(3) William Laurence Bragg  : physicien britannique (1890-1971) : Très jeune, il est associé aux travaux de son père, le physicien William Henry Bragg , qui le persuade que la diffraction des rayons X dans les cristaux s’interprète plus correctement dans une théorie ondulatoire que dans une théorie corpusculaire. En 1915, le père et le fils obtiennent conjointement le prix Nobel de Physique, pour la détermination des structures cristallines en utilisant la diffraction des rayons X.

(4) Karl Manne Georg Siegbahn  : physicien suédois (1886-1978) : Assistant de Johannes Rydberg, il participe au développement des techniques de spectroscopie des rayons X. Il précise les relations qui existent entre le spectre des rayons X émis par un matériau, et la structure atomique de ses composants. Il dirige le développement de l’Institut Nobel, dont il est le premier directeur, et l’oriente vers la physique nucléaire (Jules Six et André Rousset : Des physiciens de A à Z).

(5) Dans le domaine des rayons X, quelle que soit la longueur d’onde, l’indice de réfraction est n ≈ 1 (en toute rigueur : n = 1-d, avec d ≈ 10-5), et l’angle de réflexion totale sur la surface d’un matériau est très faible, de l’ordre de quelques milliradians.

(6) Un synchrotron est composé d’un tore (ou anneau de stockage) et d’un accélérateur de particules. Des électrons ou des positons sont accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière et injectés dans l’anneau. Ils génèrent alors un rayonnement synchrotron qui est exploité dans diverses expériences. Ce rayonnement est collecté à différents endroits du tore, appelés lignes de lumière.
Chaque ligne de lumière est ensuite traitée avec des lentilles et des monochromateurs afin de sélectionner une ou plusieurs longueurs d’onde précises. "Au bout" de chaque ligne de lumière sont installés les appareils de mesure (spectromètre de masse, cristallographes,..) permettant de faire des expériences. Suivant la taille de l’anneau, jusqu’à des dizaines d’expériences peuvent être menées simultanément. Les anneaux de stockage ont été étudiés à partir de la fin des années 1950 afin de réaliser des collisions "frontales" particule contre antiparticule. Cette technique s’est révélée extrêmement fructueuse pour l’étude de la matière, particulièrement en utilisant des électrons collisionnant avec des anti-électrons ("positrons"). Les succès obtenus avec les premières machines ont conduit à construire de nombreux anneaux de collisions jusqu’à nos jours. Ces anneaux ont été de plus en plus grands, afin d’atteindre des énergies de plus en plus élevées. Le rayonnement synchrotron constitue une source extraordinaire de rayonnements de diverses longueurs d’onde, en particulier de Rayons X.Il est au moins un milliard de fois ou plus (> 109) plus brillantque les habituels générateurs de rayons X. L’amélioration continue des anneaux de stockage, dont ACO (Anneau de collision d’Orsay) est le prototype, a donc abouti à une révolution dans ce domaine : La brillance des sources de rayonnement synchrotron devient comparable à celle des Laser (qui n’existent pratiquement pas dans le domaine des rayons X). Le Rayonnement Synchrotron est devenu un outil universel dans les domaines de la Science et de la Technologie. Dans le monde, des dizaines d’anneaux ont été construits pour ce rayonnement, les plus récents ayant une circonférence d’environ 500 mètres. Des dizaines de milliers d’utilisateurs (chercheurs scientifiques, industriels) viennent y faire chaque année des expériences, mesures et caractérisations nécessitant cette technologie de pointe.

(7) Julius Seymour Schwinger  : Physicien américain (1918-1994) : Il est à 29 ans le plus jeune professeur de l’Université de Harvard. Sous l’influence de Robert Oppenheimer , il s’oriente vers la physique nucléaire théorique. Pendant la seconde guerre mondiale, il participe à la mise au point des radars. C’est lui qui établit les bases de l’électrodynamique quantique, qui est actuellement la théorie la mieux vérifiée de toute la physique, et est l’un des premiers à suggérer l’existence de 2 sortes de neutrinos. En 1965, il partage le prix Nobel de Physique avec Richard Feynmann , et le japonais San-Itiro Tomonaga . Il enseigne à Los Angelès à partir de 1972 : Ambidextre, Schwinger peut écrire simultanément deux équations au tableau…
Le problème, pour les étudiants, qui n’ont qu’un seul cerveau, est de les comprendre simultanément ! (Jules Six et André Rousset : Des physiciens de A à Z).

(8) Le Prix Louis Ancel , (dont le président du jury est actuellement la physicochimiste Dominique Langevin, spécialiste des mousses et des émulsions) est décerné à un physicien étudiant l’état solide. « Par testament olographe (c’est-à-dire les dernières volontés écrites, datées et signées par leur auteur), en date du 2 Janvier 1908, Monsieur Louis, Etienne, Nicolas ANCEL, Ingénieur des Arts et Manufactures, décédé le 9 Septembre 1920, a légué à la SFP une somme de 10 000 Francs dont la rente devra servir annuellement, sous le nom de "Prix Louis ANCEL", à récompenser le meilleur travail présenté chaque année sur les radiations (électriques, lumineuses, calorifiques), tout spécialement sur les actions de la lumière ou de la chaleur sur la conductibilité électrique des corps analogues au sélénium ». Ce prix est doté d’une médaille.

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