CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE RECHERCHES EPISTEMOLOGIQUES ET HISTORIQUES SUR LES SCIENCES EXACTES ET LES INSTITUTIONS SCIENTIFIQUES SEMINAIRE D'HISTOIRE ET PHILOSOPHIE DE LA PHYSIQUE HISTOIRE ET PHILOSOPHIE DE LA MESURE ARNE HESSENBRUCH (DIBNER INSTITUTE, MIT, USA) X-ray and radium metrology before 1928 : Trust, accountability, and money

Arne Hessenbruch a présenté les étapes qui ont conduit à la calibration et à l’adoption d’un étalon pour les rayonnements ionisants (rayons X et rayonnements issus de substances radioactives). Son exposé cherchait à mettre en lumière : • le réseau extrêmement complexe de relations qui sous tend le travail métrologique : étroitement coordonné au développement des applications du phénomène physique considéré (applications médicales ici), le travail métrologique est conditionné à la fois par des visées scientifiques et techniques et par des exigences liées à la sphère économique et à l’organisation sociale du travail. • les difficultés méthodologiques auxquelles se trouve confronté l’historien des sciences lorsqu’il entreprend d’analyser dans une narration, toujours linéaire, l’intrication des différents facteurs qui conditionnent le travail métrologique. La présentation s’est effectuée en deux temps. Dans un premier temps, Arne Hessenbruch a analysé l’évolution des méthodes de calibration des rayons X en regard des exigences liées aux applications médicales. Dans un second temps, il a montré que l’on ne pouvait se faire une idée correcte de cette évolution, ni véritablement comprendre le passage d’une étape à l’autre, sans articuler l’analyse précédente aux travaux de Rutherford sur la décroissance radioactive. Le lien entre les deux récits est assuré par la référence au détecteur de rayonnements ionisants mis au point par Rutherford entre 1896 et 1901. C’est en effet ce même appareil qui, d’une part, assurera, à partir des années 1920, la calibration de l’intensité des rayons X utilisés en radiothérapie et, d’autre part, permettra à Rutheford d’élaborer, dans les années 1902-03, sa théorie de la décroissance radioactive. 1 – Calibration des rayons X et organisation du travail en radiothérapie L’évolution des méthodes de calibration de l’intensité des rayons X a été moins déterminée par la recherche de la précision pour elle-même que par l’évolution de la radiothérapie médicale qui a très vite constitué un domaine d’application important des rayonnements ionisants. Ces méthodes de calibration ont été amenées à prendre, entre 1890 et 1928, plusieurs formes afin répondre aux différentes dimensions, scientifique, économique et sociale, de la pratique médicale. Dans les années 1890 qui suivent immédiatement la découverte des rayons X par Röntgen, la production des rayons X est mal maîtrisée. Elle est contrôlée par l’intermédiaire de paramètres physiques, comme la tension et le courant, mais aussi par des effets qualitatifs dont l’appréciation supposait une grande familiarité avec les appareils et, de ce fait, n’étaient pas aisément communicables. Ce type de contrôle correspondait à une époque où les phénomènes étaient encore nouveaux et faisaient surtout l’objet de démonstrations publiques. Dans les années 1900, l’utilisation médicale des rayons X ne pouvait plus se contenter de performances approximatives. Elle exigeait le contrôle effectif de la dose administrée. A la place des contrôle indirects (de la tension et du courant) et de l’appréciation des paramètres qualitatifs, on choisit d’évaluer directement l’intensité des rayons X en utilisant des pastilles chimiques appliquées sur la peau des patients. A l’aide d’une charte de couleurs, ces pastilles permettaient d’évaluer la dose de rayons X absorbée. On obtient de la sorte un repérage numérique de l’intensité absorbée qui permet l’inscription et le suivi des traitements, la comparaison de différents traitements, des études statistiques, le contrôle des risques (liés à la dangerosité des rayons X). Ce type de calibration (avec sa précision de ± 10%) cesse d’être suffisant après la Première Guerre mondiale. L’appareillage radiothérapique devient plus lourd et la demande thérapeutique plus grande, si bien que les manipulations ne peuvent plus être effectuées comme auparavant par les médecins et doivent pouvoir être déléguées à un personnel moins qualifié. L’introduction de la division du travail en radiothérapie conduit ainsi, dans les années 1920, le Physikalisch-Technische Reichanstalt à entreprendre le perfectionnement du détecteur de Rutherford. Les recherches aboutiront à l’iontoquantimètre qui sert à définir l’étalon d’intensité des rayons ionisants, le Röntgen, et à calibrer les rayonnements. Il devient alors possible de rédiger des instructions et des protocoles précis permettant une pratique routinière. 2 – La mise au point par Rutheford d’un détecteur de rayonnements ionisants permettant l’étude de la décroissance radioactive On a rarement prêté attention aux efforts déployés par Rutherford entre 1896 et 1901 pour mettre au point son détecteur de rayonnements ionisants. Les études se sont surtout concentrées sur la théorie de la désintégration radioactive que Rutherford a élaboré grâce à cet instrument à partir de 1902-03. Or, pendant près de cinq années les travaux de Rutherford ont essentiellement porté sur la fabrication de ce détecteur de rayonnements ionisants, puis sur sa calibration en unités absolues (en comparant l’ionisation de l’air provoquée par la source de radiation aux effets caloriques de cette même source). Arne Hessenbruch a souligné comment la mise au point de l’appareil, qui utilisait initialement comme source des rayons X, n’aurait pu être menée à bien par Rutherford si celui-ci n’avait pu bénéficier des recherches et des ressources technologiques développées en vue des applications médicales des rayons X dont il vient d’être question. La mise au point de la méthode de l’électromètre grâce à laquelle il était possible de suivre les variations temporelles de l’ionisation du gaz, et donc de l’activité d’une source radioactive, apparaît ainsi liée au développement des applications radiothérapeutiques. Mais, d’un autre côté, la calibration de l’appareil (indispensable à la définition de l’étalon d’intensité) n’a véritablement pu aboutir qu’en corrigeant les erreurs instrumentales par comparaison avec les mesures des effets thermiques du radium effectuées par Pierre Curie qui utilisait une méthode de pesage traditionnelle chez les chimistes. • Parmi les travaux que Arne Hessenbruch a consacrés à la mesure : « Rutheford’s 1901 experiment on radiation energy and his creation of a stable detector », Archives for the history of the exact sciences, 54, 2000, pp.403-420. « Calibration and work in the X-Ray economy, 1896-1928 », Social Studies of Science, vol. 30 (3), 2000, pp. 397-420. • On pourra également consulter le site : http://hrst.mit.edu Arne Hessenbruch collabore à la mise en place de la section « Material research ». Note :Les imprécisions ou les erreurs qui pourraient figurer dans ce résumé ne sont pas imputables au conférencier mais à l'auteur du compte rendu (N. de Courtenay).