La découverte de l'atome

Un problème de division et d 'échelle 450 avant JC : l'idée atomique est née sur les bords de la mer Egee, iI y a presque 2 500 ans. Le philosophe grec Leucippe et son disciple Démocrite ont, les premiers, suggéré que toute matière était composée de particules infimes et invisibles à l'œil nu. Cette idée a sans doute germé en regardant les plages qu'ils avaient constamment sous les yeux : si on regarde une plage du haut d'une falaise il est impossible de savoir qu'elle est composée de petits grains; pour s'en apercevoir il faut s'en approcher très près; la matière c'est pareil, elle est constituée de petits grains mais à notre échelle il est impossible de s'en apercevoir. Des réflexions encore plus philosophiques sont venues renforcer leurs idées: en admettant que l'on puisse briser un objet en fragments de plus en plus petits, raisonnaient-ils, il y a forcément un moment où l'on atteint le plus petit morceau de matière qu'il soit possible de casser. Si tel n'était pas le cas, il faudrait supposer que n'importe quel corps peut être divisé à l'infini. On ne pourrait faire alors aucune différence entre le vaste Univers et un simple grain de sable, tous deux contenant une infinité de mondes ! Absurde ! Démocrite appela atomos, qui signifie "qu'on ne peut pas couper ", les morceaux ultimes de la matière. Mais un peu plus tard Aristote proposa que toute matière était composée de 4 éléments : l'eau, l'air, la terre et le feu. Cette conception perdura jusqu'au début du 19ème siècle.

Question de proportions 1808 : un chimiste anglais, Joseph Dalton, démontre en 1808 que deux gaz quelconques se combinent toujours dans des proportions de poids simples. Ainsi 1 g de dihydrogène réagit avec 8 g de dioxygène pour former 9 g d'eau. Selon Dalton, ces résultats s'expliquent si l'on suppose que la matière est constituée des petites particules indivisibles imaginées par les Grecs. À chaque élément chimique correspond un et un seul type d'atomes avec un poids bien défini. Les gaz réagissent selon des rapports de poids simples, affirme Dalton, parce que les atomes dont ils sont constitués se mélangent selon des proportions simples et entières comme des billes. Un an plus tard, un chimiste français, cette fois, Louis Joseph Gay Lussac, renforce l'interprétation de Dalton en découvrant que les gaz se combinent aussi selon des volumes simples: ainsi 1 L de dioxygène réagira toujours avec 2 L de dihydrogène. Et si les anciens Grecs avaient deviné juste ?

Liaisons électriques 1832 : En admettant que la matière soit composée de ces insaisissables atomes, par quelle étrange alchimie parviennent-ils à se lier pour formerde nouveaux composés ? En 1832, un physicien britannique, Michael Faraday, lève un coin du voile. Il fait passer un courant électrique dans une cuve remplie d'eau, et constate que du dihydrogène se dégage à l'électrode négative, et du dioxygène à l'électrode positive. En mesurant la quantité de gaz produits, il se rend compte qu'elle dépend directement de la quantité d'électricité qui a circulé dans la cuve; le courant électrique coupe apparemment l'eau en ses 2 éléments chimiques de base (cela s'appelle une électrolyse). Faraday ne voit qu'une explication au phénomène: I'électricité doit être, d'une manière ou d'une autre, la force qui lie les atomes entre eux.

L'électron identifié 1897 : Julius Plucker, physicien allemand, observe un phénomène très curieux en 1858: au passage d'un courant électrique, une étrange lueur verte brille sur les parois d'un tube de verre soumis au vide ! Jean Perrin, en 1895, met en évidence des charges négatives dans ce rayonnement. S'agit-il d'un faisceau de particules inconnues ou bien d'une onde lumineuse ? En 1897, Joseph Thomson montre quece "pinceau de lumière" est dévié lorsqu'il passe entre deux plaques métalliques chargées : il ne s'agit donc pas d'une onde (qui ne peut être déviée) mais bien de particules négatives, dont il parvient même à calculer la masse infime (9,1 x 10-31 kg). Thomson baptise "électrons" ces vecteurs d'électricité et propose un premier modèle de l'atome.

Des atomes à la casse 1903 : ainsi la matière n'était pas composée de petites billes homogènes, comme on l'avait cru jusqu'alors: voilà qu'on décelait des particules -les électrons-1 800 fois plus légères qu'un atome d'hydrogène ! En 1896, un physicien français, Henri Becquerel, se rend compte par hasard que les sels d'uranium impressionnent une plaque photographique. Deux ans plus tard, Pierre et Marie Curie découvrent que deux autres éléments chimiques,le radium et le polonium, produisent un rayonnement encore plus intense quel'uranium. Mais ce n'est qu'en 1903 qu'un physicien et un chimiste britanniques, Ernest Rutherford et Frederick Soddy, comprennent que la "radioactivité", comme l'a appelée Marie Curie, provient de la transformation d'un atome en un autre.Les atomes peuvent donc se casser ! La découverte fait sensation et modifie définitivement la conception des scientifiques sur la matière.

Un système solaire miniature 1913 : L'uranium crachait, semble-t-il, non seulement des électrons, mais aussi des particules positives beaucoup plus massives, qui se révèleront plus tard être des protons. Dès lors, on pouvait supposer que l'atome, électriquement neutre, était un assemblage de ces deux types de particules. Restait à comprendre leur agencement exact. De 1906 à 1908, deux élèves de Rutherford bombardent avec des protons de fines feuilles d'or. La quasi-totalité des projectiles traversent l'obstacle en ligne droite, prouvant que la matière est surtout faite de vide. Quelques particules, cependant, ont été déviées dans leur course, comme repoussées par un objet de même charge.La majeure partie de la masse de l'atome, estime Rutherford, doit être concentrée dans un petit noyau positif. Ces résultats conduiront Rutherford à proposer, en 1910, un modèle atomique comparable au système solaire: autour d'un noyau soleil constitué de protons gravitent des " électrons planètes" chargés négativement. Ce modèle fut perfectionné par Niels Bohr, un physicien danois, en 1913, qui proposa que les électrons ne pouvait occuper que des orbites bien précises.

Flous, flous, flous 1925 : Pendant les Années Folles, une nouvelle théorie-la mécanique quantique-soutient que les électrons ne sont en fait ni des billes ni des planètes, mais des sortes de nuages ! Au grand dam d'Einstein, qui déteste l'incertitude, Werner Heisenberg démontre qu'il est impossible de connaître en même temps la vitesse et la position d'une particule. En 1932, la composition de l'atome sera définitivement établie. Le noyau apparaît comme un assemblage de "grains de matière" positifs et neutres, appelés respectivement " protons" et "neutrons", le tout baignant dans un nuage électronique. Texte tiré de sciences et vie junior 67