Marie Curie: Radioactivité en Mathématiques et rôle des femmes en sciences Sommaire Biographie Rôle des femmes en sciences Radioactivité en mathématiques Application au domaine médical
1. Biographie
Marie Curie, Physicienne (1867-1934)
Marie Curie, de son vrai nom Maria Sklodowska, naît à Varsovie le 7 novembre 1867 au sein d'une famille d'enseignants. Les années passent tandis que l'occupation russe se fait de plus en plus oppressante pour les Polonais. Aussi, la famille Sklodowska doit faire face à des problèmes financiers de plus en plus graves, auxquels vont bientôt s'ajouter un terrible deuil : la sœur et la mère de Maria meurent prématurément.
Cette douloureuse enfance fait naître en elle une détermination et une force considérable, qui la poussent à briller dans les études. Elle entretient alors une passion pour les sciences, rêvant secrètement à une grande carrière dans le domaine.
Proche de sa famille, elle n'hésite toutefois pas à aider sa sœur, Bronia, qui désire plus que tout devenir médecin à Paris. Pour subvenir à ses besoins, Maria occupe un poste d'institutrice pendant plusieurs années. Lorsque Bronia acquiert son indépendance financière, elle invite aussitôt Maria à venir la rejoindre en France et se propose, à son tour, de l'aider à réaliser son rêve.

Les premières recherches de Marie Curie sur l'uranium Maria Sklodowska pose le pied à Paris en 1891. Assoiffée de connaissances, elle entre aussitôt à la Sorbonne et obtient sa licence de physique en 1893, puis une licence de mathématiques l'année suivante.
Malgré sa timidité, elle se fait un réseau de connaissances dans le milieu scientifique. Rencontre avec Pierre Curie
Photographie de Pierre et Marie Curie à Paris (exposée au Musée Pierre et Marie Curie à Paris)
C'est ainsi qu'elle croise la route d'un certain Pierre Curie, enseignant à l'École de physique et de chimie industrielle de Paris. Tous deux se marient en 1895, un heureux événement qui ne détourne pas la jeune Maria, devenue Marie Curie, de ses objectifs.
Soutenue par son mari, qui partage sa passion, elle poursuit ses études et est reçue première à l'agrégation de physique.
Henri Becquerel vient alors de découvrir le rayonnement naturel de l'uranium. C'est là un sujet parfait pour sa thèse.
Pierre et Marie Curie dans leur laboratoire, le "hangar de la découverte", à l'Ecole de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris, vers 1898 (photographie exposée au musée Pierre et Marie Curie de Paris)

Marie Curie reçoit deux prix Nobel Marie Curie ne tarde donc pas à se pencher sur ce phénomène de rayonnement.
Elle utilise pour la première fois le terme "radioactif" pour le désigner. Manipulant la pechblende, un minerai riche en uranium, elle tente d'y découvrir l'origine précise des radiations.
Les époux Curie consacrent une grande partie de leur temps à leurs travaux, dans un petit hangar à peine chauffé transformé en laboratoire. Leur labeur finit par payer. En 1898, tous deux annoncent la découverte de deux éléments radioactifs alors inconnus : le polonium et le radium.
Mais ne disposant d'aucune subvention et refusant de déposer un brevet, le couple poursuit ses recherches dans les mêmes conditions difficiles.
En 1903, Marie Curie présente sa thèse sur les substances radioactives et reçoit, en même temps que son mari, le prix Nobel de physique.
Elle est la première femme à recevoir un tel prix. Le 19 avril 1906, Pierre Curie meurt renversé par une voiture à cheval. Marie Curie reste seule pour élever ses deux filles, Irène et Eve.

Photographie de Marie Curie avec ses filles Eve et Irène
Son courage et sa détermination prennent rapidement le pas sur son désespoir. Quelques mois après le drame, elle prend le poste d'enseignant de son défunt mari à la Sorbonne, devenant la première femme à y obtenir une chaire.

Photographie de Marie Curie à l'Université Panthéon Sorbonne à Paris
Parallèlement, elle poursuit ses recherches sur le radium, pour lesquelles elle obtient le prix Nobel de Chimie en 1911.
Marie Curie est la seule personne à avoir reçu deux fois cette récompense.
En 1914, son désir de consacrer un laboratoire d'études de la radioactivité est concrétisé par la fondation de l'Institut du Radium. Elle y dirige alors la section physique-chimie, travaillant en collaboration avec Claudius Regaud. Marie Curie souhaite surtout mettre ses recherches au service de la santé. C'est donc naturellement qu'elle organise, durant la Première Guerre mondiale, un service de radiologie mobile pour soigner les blessés: les voituresde radiologie surnommées "Petites Curies". Les rayons X permettent alors d'améliorer les conditions d'opérations chirurgicales.

Rencontre avec Einstein
Les scientifiques Albert Einstein et Marie Curie marchent au bord du lac Léman, à, Genève (Suisse), en 1925.
Einstein l'encouragea durant les pires années de sa vie.
Albert Einstein et Marie Curie se rencontrent pour la première fois en 1911, à Bruxelles, lors du préstigieux congrès Solvay, un événement qui réunit les plus grands scientifiques au monde du domaine de la physique.
Parmi les 24 membres de cette édition, Marie Curie s’avéra être la seule femme. Einstein fut si impressionné par elle qu’il vint à sa défense plus tard cette année-là, quand elle fut embourbée dans une controverse et dans la frénésie médiatique qui l’entourait.

Lettre écrite par Albert Einstein à Marie Curie datée du 23 novembre 1911:
"Ignorez les critiques de bas étage. Si la populace continue de s'intéresser à vous, alors ne lisez tout simplement pas ce ramassis de bêtises, et laissez-les plutôt aux reptiles pour qui elles sont inventées"

Photographie prise lors du congrès Solvay


"La vie n'est facile pour aucun de nous. Mais quoi, il faut avoir de la persévérance, et surtout de la confiance en soi. Il faut croire que l'on est doué pour quelque chose, et que, cette chose, il faut l'atteindre coûte que coûte. Je ne crois pas non plus que l'esprit d'aventure risque de disparaître dans notre monde", Marie Curie.
2. Rôle des femmes en sciences Au XIXe siècle encore, les femmes sont exclues du monde des sciences et des techniques au nom de leur soi-disant infériorité naturelle.
L’un des préjugés les plus tenaces sur les capacités intellectuelles des femmes consiste à postuler que leur cerveau serait inapte à concevoir l’abstraction, cette minimisation, voire ce déni du rôle des femmes, porte le nom « d’effet Matilda » les femmes sont donc jugées inaptes aux travaux scientifiques.
Si elles sont sœurs, mères, épouses ou filles de scientifiques, elles participent à leurs côtés et le plus souvent dans l’ombre aux avancées de la discipline, c’est le cas de la physicienne d’origine serbe Mileva Marić auprès de son époux Albert Einstein.
Roman "Madame Einstein", écrit par Marie Bendedict, 2016

Ce roman retrace la vie de Mileva (Mitza) MARIC, épouse inconnue d'Albert EINSTEIN, mais surtout une scientifique remarquable. Dans un récit à la première personne aux poignants accents de vérité, Marie Benedict rend hommage à l'une des femmes les plus bafouées de l'histoire du XXe siècle, dont la contribution à la théorie de la relativité a donné lieu à un virulent débat, et brosse un portrait nuancé, mais toujours documenté de celui qui reçut à lui seul tous les honneurs. Néanmoins de nouvelles générations de femmes scientifiques font surgir des problématiques de recherche, seules quelques-unes ont accès à la connaissance et participent à des discussions mondaines. Ainsi, elles accèdent à des études et parviennent à se faire reconnaître dans des sociétés savantes tel que Ada Lovelace qui reprit ses études et écrivit le premier programme informatique pour machine analytique.
Ada Lovelace (1815-1852), programmeuse informatique, pionnère de la science informatique.
De plus, sous l’effet de la première vague féministe, les femmes accèdent de plus en plus à des études supérieures et à des carrières. En effet, durant les trois premières décennies du xxe siècle, de plus en plus de pionnières acquièrent de la notoriété c'est le cas par exemple de la russe Sofia Kovalevskaïa mathématicienne et écrivaine qui a apporté une contribution précieuse à la théorie des équations aux dérivées partielles et qui fut notamment l’une des premières femmes en Europe à obtenir un Doctorat en Mathématiques.
Sofia Kovalevskaia, mathématicienne (1850-1891).

Ensuite l’Allemande Emmy Noether considérée comme la « mère de l’algèbre moderne » fut une des grandes mathématiciennes du XXe siècle, s’intéressant aux mathématiques de la physique théorique, son fameux « Théorème de Noether » énonce que derrière chaque symétrie des lois de la nature se cache la conservation d’une certaine quantité physique et a été qualifié par Einstein de «monument de la pensée ».
Emmy Noether, mathématicienne (1882-1935).
Marie Curie est la première femme à avoir reçu un prix Nobel. Cependant, elle a failli ne jamais le recevoir. Les académiciens des sciences français, décident de ne proposer pour le prestigieux prix que deux noms: ceux de Pierre Curie et d’Henri Becquerel.
Pierre Curie, alerté par un académicien suédois, demande de réintégrer Marie Curie à la liste des candidats, sans quoi il compte refuser le prix. Il écrit par la même occasion à Henri Poincaré: « C’est elle qui a eu le courage d’entreprendre la recherche chimique des éléments nouveaux, elle a fait tous les fractionnements nécessaires pour la séparation du radium et déterminé le poids atomique de ce métal ».
Marie Curie reçut ainsi un prix Nobel de chimie en 1911, pour la découverte du radium et du polonium, pour l’isolation du radium, et pour l’étude de cet élément. Elle devient ainsi la seule personne à avoir obtenu deux prix Nobel dans deux disciplines scientifiques distinctes. Quelques films qui retracent l'histoire de ces femmes savantes:
Affiche film "Radioactive", 2019, sur la vie de Marie Curie
Affiche film "Les figures de l'ombre", 2016, sur 3 scientifiques afro américaines qui durant les années 60 ont permis la conquête spatiale des USA.
3. Radioactivité en mathématiques
Les Mathématiques permmettent de modéliser la radioactivité à l'échelle microscopique (un seul noyau instable) et à l'échelle macroscopique (une population de noyaux dont l'effectif est de l'ordre du nombre d'Avogadro soit 6,02*10E23)
Symbole de la radioactivité "Pâquerette" ou "trèfle radioactif"
La radioactivité est le phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables (dits radionucléides ou radioisotopes) se transforment spontanément en d'autres atomes (désintégration) en émettant simultanément des particules de matière (électrons, noyaux d'hélium, neutrons, etc.) et de l'énergie (photons et énergie cinétique). La radioactivité a été découverte en 1896 par Henri Becquerel dans le cas de l'uranium, et très vite confirmée par Pierre et Marie Curie pour le radium.
C'est cette dernière qui introduit à cette occasion les termes de radioactivité et radioélément. Loi de décroissance radioactive
Dans un échantillon de matière radioactive, le nombre d'atomes de l'espèce radioactive diminue au cours du temps selon un même modèle.
La radioactivité décroît au fil du temps car les atomes radioactifs se désintègrent : donc il y en a de moins en moins. Et moins il reste d'atomes radioactifs, moins la radioactivité est intense.
La radioactivité décroit selon une courbe que l'on appelle exponentielle, qui s'écrase de plus en plus au fil du temps.
Graphique montrant l'activité d'un échantillon radioactif en fonction du temps

L'Activité décroit exponentiellement en fonction du temps de la même manière que le nombre de noyaux radioactifs. Activité d'un échantillon radioactif
L'activité d'un échantillon radioactif contenant n noyaux radioactifs est le nombre moyen de désintégrations par seconde. Son unité dans le Système International est le becquerel (1 Béquerel = 1 désintégration par seconde). Elle se mesure à l'aide d'un compteur Geiger-Muller. On peut modéliser cette décroissance radioactive par une équation différentielle: On voit que l'équation différentielle est du type y'=ay.
La solution de cette équation différentielle est donc la fonction: Temps de demi-vie radioactive:
 La demi-vie d'un noyau radioactif est la durée nécessaire pour que la moitié des atomes se désintègrent naturellement. Cela ne dépend pas de l'environnement (température,pression) mais c'est une propriété liée à l'élément radioactif considéré. : Datation au Carbone 14

Le Carbone 14 est un isotope radioactif du carbone et sa radioactivité décroît au fil du temps à un rythme parfaitement régulier.
Les scientifiques s’en servent donc comme «chronomètre» pour estimer l’âge d’objets très variés : œuvres d’art, roches, fossiles…
La datation au carbone 14 est ainsi utilisée dans de nombreux domaines scientifiques : des sciences de la Terre aux sciences du vivant, en passant par les sciences de l’Homme et de la société.

Comme tout isotope du carbone, le carbone 14 se combine avec l’oxygène de notre atmosphère pour former alors du CO2 (dioxyde de carbone). Ce CO2 est assimilé par les organismes vivants tout au long de leur vie : respiration, alimentation… En mourant, ils n’en assimilent plus.

La quantité de carbone 14 assimilé diminue alors au cours du temps de façon exponentielle tandis que celle de carbone 12 reste constante.
La datation repose sur la comparaison du rapport entre les quantités de carbone 12 et de carbone 14, contenues dans un échantillon, avec celui d’un échantillon standard de référence.
On déduit de cette comparaison « l’âge carbone 14 » de l’échantillon qu’on cherche à dater.

Cet « âge carbone 14 » est ensuite traduit en âge réel (ou « âge calendaire »), en le comparant à une courbe-étalon, réalisée par les chercheurs à force de nombreuses mesures complémentaires. On peut ainsi en déduire l'âge de l’objet étudié et remonter jusqu'à 50 000 ans environ (au-delà, la technique n’est pas assez précise).
4. Radioactivité et problèmes médicaux Les rayons X découverts en 1888 par Wilhelm Röntgen, professeur de physique à l'université de Würzburg. En étudiant les rayons cathodiques, le physicien parvient à rendre luminescent un écran de platinocyanure de baryum.
Wilhelm Conrad Röntgen, physicien allemand, né le 27 mars 1845.
En médecine, Marie Curie est à l'origine de la radiothérapie. En effet, les Curie ont permis de donner naissance à de nouveaux traitements du cancer. En 1895, les rayons X sont utilisés dans la Roentgenthérapie. L'utilisation des radiations ionisantes en thérapeutique porte le nom de radiothérapie. Cancer
Un cancer est une maladie provoquée par une cellule initialement normale mais dont le programme se dérègle et la transforme. Celle-ci se multiplie et en produit d'autres, dites «anormales », qui prolifèrent de façon anarchique et excessive.
Ces cellules déréglées finissent par former une masse qu'on appelle tumeur maligne.
Les cellules cancéreuses ont tendance à envahir les tissus voisins et à se détacher de la tumeur. Elles migrent alors par les vaisseaux sanguins et les vaisseaux lymphatiques pour aller former une autre tumeur (métastase). La radiothérapie est une méthode de traitement locorégional des cancers, utilisant des radiations pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se multiplier. L'irradiation a pour but de détruire toutes les cellules tumorales tout en épargnant les tissus sains périphériques. Cependant, la radiothérapie comportait de sérieux risques d'irradiation au début car les radiologues (les personnes qui s'occupaient de l'utilisation des rayons X) n'étaient pas protégés, convaicus que cette technologie était absolument sans risque.

Quelques dates clés:

1904-1906: Jean Bergonié (radiologiste) et Louis Tribondeau (histologiste) montrent que les cellules cancéreuses sont plus sensibles aux rayons X que les cellules saines. Ils apportent ainsi un premier fondement biologique à l’utilisation de la radiothérapie des rayons X.

1905: Reconnaissance de l’action bénéfique des rayons du radium pour le traitement des tumeurs de la peau et du col de l’utérus, c’est la naissance de la curiethérapie.

1906: Armet de Lisle (industriel du radium) finance la création du premier laboratoire consacré à l’étude des effets biologiques et médicaux du radium. La radiumthérapie va connaître des développements significatifs.

1909: En décembre, l’Université de Paris et l’Institut Pasteur décident de construire l’Institut du radium.

1914-1918: Antoine Beclère multiplie l’usage de la radiologie au sein des services de santé des armées. Marie Curie devient directrice du service radiologique de la Croix Rouge.

1918: Création de la ligue franco-anglo-américaine contre le cancer.

1919: Claudius Regaud essaie d’organiser les soins par radiothérapie aux patients cancéreux des hopitaux. L’Institut Pasteur lui cède une salle de plusieurs lits pour ces soins.

1921: Création de la Fondation Curie. Mort de Marie Curie:
Marie Curie souffre d'une trop grande exposition aux éléments radioactifs qu'elle étudie depuis 1898, notamment au niveau des yeux et des oreilles.
Dès le début des années 1920, elle est affaiblie et pense que le radium, auquel elle consacre une grande partie de ses recherches, pourrait avoir une certaine responsabilité dans ses problèmes de santé.
Elle est atteinte d’une leucémie radio-induite ayant déclenché une anémie aplasique mais travaille jusqu'au bout.
Le 29 juin 1934, elle se rend au sanatorium de Sancellemoz à Passy (Haute-Savoie) pour y être hospitalisée.
Elle y meurt le 4 juillet, à 66 ans, dans la chambre 424. Exposé réalisé par Cynthia, Lina, Ilsa et Dialla.