Le paratonnerre radioactif : histoire et science

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Submitted on 11 Feb 2024
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Le paratonnerre radioactif
Jean-Christophe Pain
To cite this version:
Jean-Christophe Pain. Le paratonnerre radioactif. Le Bulletin de l’Union des Professeurs de Physique et de
Chimie, 2015, 109 (978), pp.1351-1367. ⟨hal-04451291⟩

HISTOIRE DES SCIENCES
Le paratonnerre radioactif
Jean-Christophe Pain
Laboratoire de Physique Atomique des Plasmas
Commissariat à l’Energie Atomique
CEA, DAM, DIF, F-91297 Arpajon, France
Résumé
En 1914, Béla Szilárd (1884-1926), chimiste et physicien hongrois émigré à Paris
propose, alors qu’il travaille dans le laboratoire de Marie Curie, d'améliorer l'efficacité
des paratonnerres en ajoutant du radium sur la pointe. Ces paratonnerres
connaissent un grand succès dans les années 1960-70 mais sont interdits en France
en 1987. Les paratonnerres à dispositif d’amorçage, apparus dans les années 1980,
ont pris la relève des paratonnerres radioactifs. L’objectif de ces nouveaux systèmes
est de provoquer l’amorçage de la foudre, en s’efforçant de générer un traceur
ascendant précoce, grâce à la production d’une ionisation supérieure à celle de
l’effet couronne spontané.
1. LES DEBUTS DIFFICILES DU PARATONNERRE
En 1750, Benjamin Franklin rédige le protocole d'une expérience célèbre. Afin
de prouver à ses contradicteurs de la Royal Society que les éclairs sont de simples
décharges de nature électrique, il propose de faire voler un cerf-volant sur le
passage de nuages orageux. La corde du cerf-volant est humidifiée et placée à
proximité d'une clef métallique afin de générer des étincelles (figure 1). Pour éviter
les moqueries et limiter le danger, Franklin décide de conduire l'expérience en privé.
Celle-ci risque en effet d'être fatale aux expérimentateurs. Elle connaît pourtant un
grand intérêt en Europe et d’autres expériences similaires sont menées (figure 2),
notamment par le Français Thomas-François Dalibard. Le 6 août 1753, le physicien
russe Georg Wilhelm Richmann est foudroyé à Saint-Pétersbourg, alors qu’il tente de
réaliser une expérience du même type. Ces recherches conduisent à l'invention du
paratonnerre, dont les premiers exemplaires sont installés sur la maison de Benjamin
Franklin, sur l'Independence Hall ainsi que sur l'Académie de Philadelphie. Dans sa
plus simple expression, un paratonnerre est une baguette de fer qui attire la foudre et
l’évacue jusqu'au sol par un conducteur pour épargner le bâtiment. Benjamin
Franklin installe également lui-même des paratonnerres comme, en 1782, celui de la
flèche du clocher de l'Église Saint-Clément d’Arpajon, commune de l’Essonne. Il y
fait graver une pierre, toujours visible, sur laquelle est écrit : « Hoc primus volui
innocuum de ducere fulmen » (« Ici le premier j’ai voulu rendre la foudre
inoffensive »). A l’époque, le paratonnerre est source de nombreuses inquiétudes.
L’anecdote suivante, représentative de la méfiance qu’il suscite, est amusante. En
1780, Monsieur de Vissery de Bois-Valé, avocat à Saint-Omer, physicien amateur
très attentif aux travaux de Benjamin Franklin, place un paratonnerre en forme de
glaive sur le toit de sa maison. A la fin du XVIII
ème
siècle, la foudre est encore

considérée comme un châtiment des dieux. Les voisins s'en inquiètent et font circuler
une pétition. La municipalité de Saint-Omer prend peur et ordonne le retrait du
paratonnerre. Le 14 juin 1781, Monsieur de Vissery doit obtempérer mais porte
l'affaire devant le conseil d'Artois (tribunal d'Arras). C’est Maximilien Robespierre,
jeune avocat stagiaire, qui est chargé de plaider le dossier que son patron, Maître
Buissart, a constitué à partir de documents qu’il a fait venir d’Amérique : les travaux
de Franklin prouvent qu’il est bel et bien possible de détourner la foudre par un
paratonnerre. Monsieur de Vissery gagne son procès en 1783 et Robespierre profite
de ce succès pour se lancer dans la politique…
Figure 1 : Benjamin Franklin en plein travail

Figure 2 : Maquettes de maisons (en bois à gauche, en tôle à droite), datant de la fin du XVIII
ème
siècle, construites pour des essais sur les effets de la foudre (Musée des Arts et Métiers)
C’est en 1752 que Benjamin Franklin met en évidence le caractère électrique
du nuage. Il existe plusieurs mécanismes possibles pour expliquer la naissance d’un
orage (voir par exemple l’article intitulé « De l’orage dans l’air » de Serge Chauzy).
Ainsi, un orage peut notamment se produire lorsque deux masses d'air de
température et d'hygrométrie différentes se rencontrent. De violents courants d'air
ascendants entraînent l’humidité, les fragments de glace, les grêlons et les
gouttelettes d’eau vers la partie supérieure du nuage. On ne connaît pas encore
exactement les mécanismes à l'origine de la création des charges électriques
pendant la phase de formation du nuage orageux. On sait cependant que dans les
zones à fortes turbulences, les particules lourdes (grésil ou grêlons) se heurtent aux
cristaux de glace ; lorsque ces chocs se produisent, les grains de grésil se chargent
négativement et tombent plus rapidement que les cristaux, entraînant les charges
négatives vers le bas du nuage. La séparation des charges dans le nuage est
favorisée par la force des vents ascendants, dont la vitesse peut dépasser 25 m/s et
la présence simultanée dans le nuage de particules de glace de masses différentes.
Lorsque le nuage orageux a atteint sa maturité, les charges électriques sont réparties
dans différentes zones du nuage. Les différences de potentiel engendrées
provoquent d'importantes décharges électriques ; l'orage éclate. L’ensemble nuage +
sol peut être comparé à un énorme condensateur électrique chargé. Dans la majorité
des cas le nuage, dont la base est chargée négativement, induit des charges
positives au sol.
2. LES PROMESSES DU RADIUM
Le radium, métal alcalino-terreux de symbole Ra et de numéro atomique 88,
est découvert par Pierre et Marie Curie en 1898. Il est présent en faible quantité dans
la croûte terrestre et présente plusieurs isotopes, tous radioactifs. Le radium 226
(Ra-226) est l’isotope le plus courant ; il fait partie de la chaîne de désintégration
naturelle de l’uranium 238 et est extrait des minerais d’uranium. Il est émetteur alpha

et gamma et sa période radioactive ou temps de demi-vie (période pendant laquelle
sa radioactivité diminue spontanément de moitié) est de 1 600 ans. Le produit de sa
désintégration est le radon 222 (durée de vie de 3,8 jours), un gaz radioactif qui
donne, à son tour, naissance à des éléments radioactifs. Le radium a été largement
utilisé pendant plus de 60 ans dans le domaine industriel et pour des applications
thérapeutiques. La curiethérapie est une technique de radiothérapie mise au point à
l'Institut Curie consistant à placer une source radioactive à l'intérieur ou à proximité
immédiate de la zone à traiter. Elle constitue un traitement efficace pour traiter des
tumeurs et peut être combinée à d'autres traitements comme la chirurgie, la
radiothérapie externe et la chimiothérapie. Parallèlement, le radium 226 a été utilisé
en raison de ses qualités photo-luminescentes pour des peintures destinées à
l’horlogerie, à l’aviation et aux dispositifs de signalisation de secours. Le radium a
enfin été utilisé pour la conception des premiers détecteurs de fumée et, ce qui est
peut-être moins connu, dans le but d’améliorer l’efficacité de certains paratonnerres.
3. BELA SZILARD : UN MEMBRE DU PRESTIGIEUX LABORATOIRE DE MARIE
CURIE
3.1 De l’électromètre à la foudre
Béla Szilárd (1884-1926) est un chimiste et physicien hongrois (figure 3).
Diplômé en pharmacie de l'université de Budapest en 1904, il s'intéresse à la
radioactivité et devient chercheur libre (avec une bourse hongroise), en 1907, dans
le laboratoire de Marie Curie. Il y restera jusqu'en 1910. Pendant cette période, il
publie plusieurs articles, sur la radioactivité du molybdate d’uranyle, sur un appareil
destiné aux mesures radioactives, sur une nouvelle méthode de séparation de
l'uranium, ou encore sur les réactions chimiques des éléments radioactifs.
En 1912, Béla Szilárd crée le Laboratoire des produits radioactifs, où il met au
point un électromètre portable pour l’analyse des minerais radioactifs. Un
électromètre (aussi appelé électroscope) est un appareil mis au point par l'abbé
Nollet en 1747 (électroscope à boules de sureau) et 1750 (premier électroscope à
feuilles d'or) permettant la mesure ou la mise en évidence de la charge électrique
d'un corps. Un électromètre standard est composé de deux fines feuilles d'or
suspendues à une électrode. Quand cette dernière est chargée, les feuilles se
chargent à leur tour et se repoussent mutuellement. La mesure de l’angle entre les
plaques permet de connaître la charge de l'électrode. Une autre manière de
construire un électromètre est de suspendre deux feuilles d'aluminium ou de cuivre,
sur un câble de tantale, de platine, ou sur un simple filament de nylon. Les
électromètres sont déchargés par un rayonnement ionisant. Ils sont utilisés en
physique nucléaire, car ils sont capables d'amplifier les faibles courants
photovoltaïques, créés par les radiations. Dans l’électromètre de Szilárd, les feuilles
d’or sont remplacées par une aiguille. Émile Armet de Lisle, qui a construit une usine
pour séparer le radium à Nogent-sur-Marne assure la production industrielle des
électromètres. Ces appareils, qui permettent d’établir l’activité de minéraux
radioactifs en quelques minutes sans manipulations chimiques, sont les ancêtres du
compteur de Geiger-Müller. Le plus commun des instruments de mesure des
radiations, le dosimètre, est en fait un électromètre calibré et robuste. Aujourd’hui, les
électromètres sont de plus en plus supplantés par des appareils à semi-conducteurs,
qui permettent de détecter de très faibles courants (jusqu’au femto-ampère !). Szilárd