La découverte des rayons X.

Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont l’énergie varie d’une centaine d’eV (électron-volt), à plusieurs MeV.

Ce rayonnement a été découvert en 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen, qui a reçu pour cela le premier prix Nobel de physique ; il lui donna le nom habituel de l’inconnue en mathématiques, X. Il est naturel (cosmologie, astronomie) ou artificiel (radiologie) et alors résulte du bombardement d’électrons sur une cible généralement en tungstène. La principale propriété des rayons X est de traverser la matière en étant partiellement absorbés en fonction de la densité de celle-ci et de l’énergie du rayonnement, ce qui permet d’avoir une information sur l’intérieur des objets qu’ils traversent.

Les rayons X sont une des modalités principales de l’imagerie médicale2 et du contrôle non destructif. Ils sont également utilisés en cristallographie. En astrophysique contemporaine, on mesure les rayonnements X de l’espace pour l’étudier.


À la fin du XIXe siècle, Wilhelm Conrad Röntgen, comme de nombreux physiciens de l’époque, se passionne pour les rayons cathodiques qui ont été découverts par Hittorf en 1869 ; ces nouveaux rayons avaient été étudiés par Crookes3. À cette époque, tous les physiciens savent reproduire l’expérience de Crookes mais personne n’a encore d’idée d’application de ces rayonnements.

En 1895, Wilhelm Conrad Röntgen reproduit l’expérience à de nombreuses reprises en modifiant ses paramètres expérimentaux (types de cibles, tensions différentes, etc.). Le 8 novembre 1895, il parvient à rendre luminescent un écran de platinocyanure de baryum. Röntgen décide alors de faire l’expérience dans l’obscurité en plongeant son tube de Crookes dans un caisson opaque. Le résultat est identique à la situation normale. Röntgen place ensuite différents objets de différentes densités entre l’anode et l’écran fluorescent, et en déduit que le rayonnement traverse la matière d’autant plus facilement que celle-ci est peu dense et peu épaisse. Lorsqu’il place des objets métalliques entre le tube et une plaque photographique, il parvient à visualiser l’ombre de l’objet sur le négatif.

Röntgen en déduit que les rayons sont produits perpendiculairement à la direction d’émission des électrons du tube et que ce rayonnement est invisible et très pénétrant.

Faute de trouver une dénomination adéquate, Röntgen les baptise « rayons X ». Ce rayonnement est encore souvent appelé Röntgenstrahlung (littéralement : « rayons de Röntgen ») en Allemagne et dans toute l’Europe (sauf en France)[réf. nécessaire]. L’autre nom de la radiologie est encore aujourd’hui la röntgenologie.

Le premier cliché célèbre est celui de la main d’Anna Bertha Röntgen réalisé le (22 décembre 18954, pose de 25 minutes) ; il s’agit de la première radiographie. Un mois plus tard, Bergonié reproduit à Bordeaux l’expérience de Röntgen, avant que ce dernier publie officiellement.

Wilhem Konrad Röntgen, entier postal, Allemagne.

Le 28 décembre 1895, Röntgen publie sa découverte dans un article intitulé « Über eine neue Art von Strahlen » (en français : « À propos d’une nouvelle sorte de rayons ») dans le bulletin de la Société physico-chimique de Wurtzbourg. C’est cette découverte qui lui vaudra le premier prix Nobel de physique en 1901.

Il tire quatre conclusions dans son article :

  • « Les rayons X sont absorbés par la matière ; leur absorption est en fonction de la masse atomique des atomes absorbants ;
  • Les rayons X sont diffusés par la matière ; c’est le rayonnement de fluorescence ;
  • Les rayons X impressionnent la plaque photographique ;
  • Les rayons X déchargent les corps chargés électriquement. »

La recherche de Röntgen est rapidement développée en dentisterie, puisque deux semaines plus tard, le Dr Otto Walkhoff réalise à Brunswick la première radiographie dentaire.

Il faut 25 minutes d’exposition. Il utilise une plaque photographique en verre, recouverte de papier noir et d’une digue (champ opératoire) en caoutchouc. Six mois après paraît le premier livre consacré à ce qui va devenir la radiologie dont les applications se multiplient, dans le cadre de la physique médicale, pour le diagnostic des maladies puis leur traitement (radiothérapie qui donne une expansion extraordinaire à ce qui était jusque-là l’électrothérapie). Avant la fin de l’année 1896, Otto Walkhoff et Fritz Giesel ouvrent le premier laboratoire de radiologie dentaire.

Les temps d’exposition sont alors longs et les effets secondaires notables. Les cas de brûlures sont nombreux. Certains praticiens, ne voyant pas le lien entre l’exposition aux rayons X et les brûlures, concluent qu’elles sont dues aux rayons ultraviolets. Certains hésitent toutefois à réaliser des clichés radiologiques sans nécessité. De plus, tous les praticiens ne relèvent pas les mêmes effets : le Dr Williams, en 1897, indique que sur 250 patients exposés aux rayons X, il n’a noté aucun effet secondaire indésirable. Toutefois il ne faudra pas longtemps pour qu’un lien causal soit établi entre l’exposition prolongée aux rayons X et les brûlures : en 1902 le Dr EA Codman, recensant les préjudices causés par les rayons X, note qu’ils ont pratiquement disparus.

Röntgen laissa son nom à la première unité de mesure utilisée en radiologie pour évaluer une exposition aux rayonnements. Le symbole des röntgens est R.

La découverte de Röntgen fit rapidement le tour de la Terre. Elle suscita des expériences y compris en dehors des cercles scientifiques et marqua l’imaginaire de la culture populaire. Des chercheurs tels que Thomas A. Edison, Nicola Tesla, A.A. Campbell Swinton firent immédiatement des expériences avec les rayons Röntgen. En novembre 1896, un inventeur américain, le Dr Robert D’Unger, proposa un telephot aux rayons X, censé permettre de transmettre les images par fil télégraphique.

En 1897, Antoine Béclère, pédiatre et clinicien réputé, créa, à ses frais, le premier Laboratoire hospitalier de radiologie.

Tout le monde voulait faire photographier son squelette. Mais pendant longtemps, les doses étaient trop fortes. Par exemple, Henri Simon, photographe amateur, a laissé sa vie au service de la radiologie. Chargé de prendre les radiographies, les symptômes dus aux radiations ionisantes apparurent après seulement deux ans de pratique. On lui amputa d’abord la main (qui était constamment en contact avec l’écran fluorescent) mais ensuite, un cancer généralisé se déclara.

Au début de la radiologie, les rayons X étaient utilisés à des fins multiples : dans les fêtes foraines où on exploitait le phénomène de fluorescence, dans les magasins où l’on étudiait l’adaptation d’une chaussure au pied des clients grâce au rayonnement et on les utilisait pour la radiographie médicale. Encore là, on fit quelques erreurs, par exemple en radiographiant les femmes enceintes.

Le premier « Congrès international de radiologie », qui réunit des scientifiques de la Grande-Bretagne, des États-Unis, de la France, de l’Allemagne, de l’Italie et de la Suède, émet en 1925 des recommandations portant sur les « rayonnements ionisants ».

Un monument a été inauguré en 1936 au voisinage du pavillon Roentgen de l’hôpital St-Georg, à Hambourg, à l’initiative du professeur allemand Hans Meyer, « Aux radiologues de toutes les nations : […] qui ont fait don de leur vie dans la lutte contre les maladies de l’humanité… ».

Avec les années, en médecine pour la fluoroscopie ou radioscopie, on diminua la durée des examens et les quantités administrées. En 1948 notamment, par la découverte de la « crête de Tavernier » par le physicien belge Guy Tavernier qui correspond à un accroissement de la dose d’irradiation dans les tissus avant leur décroissance avec la profondeur, ce qui mena à une réduction de la dose d’exposition de 1,2 à 0,3 röntgen par semaine au niveau international dès 1950. Cette valeur sera encore divisée par trois dès 1958 pour tenir compte des risques potentiels d’effets génétiques.

Cent ans après leur découverte, on se sert encore des rayons X en radiographie moderne. On les utilise aussi dans les scanners, pour effectuer des coupes du corps humain, et dans les densitomètres pour détecter ou suivre l’ostéoporose. Plusieurs autres techniques sont actuellement utilisées en imagerie médicale : l’échographie (qui utilise les ultrasons), l’imagerie par résonance magnétique nucléaire, la scintigraphie ou encore la tomographie par émission de positons.

Mais l’utilisation des rayons X ne se limite pas au seul domaine de la médecine : les services de sécurité les utilisent pour examiner le contenu des valises ou des conteneurs aériens et maritimes sur écran. Les policiers les exploitent afin d’analyser les fibres textiles et les peintures se trouvant sur le lieu d’un sinistre. L’industrie agroalimentaire les utilise pour détecter les corps étrangers dans les produits finis. En cristallographie, on peut identifier divers cristaux à l’aide de la diffraction des rayons X. Enfin, depuis peu, il est possible d’étudier des fossiles piégés à l’intérieur d’un matériau (type ambre) et d’en voir des coupes virtuelles.

Les rayons X sont des radiations ionisantes. Une exposition prolongée aux rayons X, ou une exposition répétée avec des répits trop courts pour l’organisme peut provoquer des brûlures (radiomes) mais aussi des cancers et des anomalies chez le nourrisson et l’enfant de moins d’un an.

Les personnels travaillant avec des rayons X doivent suivre une formation spécifique, se protéger et être suivis médicalement (ces mesures peuvent être peu contraignantes si l’appareil est bien « étanche » aux rayons X).

Voir aussi cette vidéo :

Sources : Wikipédia, YouTube.

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