Ernest Rutherford
Le modèle atomique selon Rutherford
par Grégoire Wolff
Biographie
Ernest Rutherford naquit en 1871, à Brightwater, en Nouvelle-Zélande. Une nouvelle loi lui permit d'accéder gratuitement à l'enseignement primaire d'une école de la région. À la fin de ses études primaires, grâce à une bourse d'étude du ministère de l'éducation, il alla étudier au Nelson College où il rencontra deux personnes qui l'influencèrent grandement. Le principal, W.J. Ford décela en Rutherford un immense talent et lui permit de sauter une année dès son arrivée; l'autre fut le docteur W.S. Littlejohn, son professeur de mathématiques et de sciences. Plus tard, en arrivant à l'université, il ne connaissait en physique que ce que le Dr Littlejohn lui avait enseigné en privé. À l'université, Rutherford fit partie d'un groupe de jeunes scientifiques aux idées libérales qui n'étaient pas toujours bien perçues par la direction. C'est en faisant partie de ce groupe qu'il commença à s'intéresser à la recherche. De toute la Nouvelle-Zélande, à la fin de ses années universitaires, Rutherford fut le seul à recevoir des distinctions en mathématiques et en physique. Après quelques années de recherche dans son université, il choisit de poursuivre sa carrière en fréquentant le Cavendish Laboratory de Cambridge en Angleterre, en tant qu'étudiant et chercheur, aux côtés de J.J. Thompson. À la fin de son séjour à Cambridge, il accepta un poste de professeur et de chercheur à l'Université McGill de Montréal. Là-bas, il y conduisit des recherches sur la désintégration des éléments et sur la chimie de la radioactivité. C'est d'ailleurs sur ce sujet qu'il remporta son prix Nobel en 1908. En 1911, J.J. Thompson demanda à Rutherford, qui venait d'accepter un poste à Manchester, de vérifier l'exactitude de son modèle atomique. Il accomplit donc l'expérience qui est le sujet de cette recherche et réalisa son propre modèle atomique. Après Manchester, il retourna au Cavendish Laboratory où il termina sa carrière de chercheur. Ernest Rutherford mourut le 8 octobre 1937.
Découverte
Comme je le disais plus haut, c'est J.J. Thompson qui lui demanda en 1911 de vérifier son modèle atomique. Mais, avant de concrétiser cette expérience, ses recherches sur la radioactivité et les émissions radioactives lui avaient permis de démontrer que les particules du rayonnement alpha étaient chargées positivement. Il utilisa cette dernière connaissance dans la réalisation de l'expérience qui lui permit d'élaborer son propre modèle atomique. Rutherford plaça dans une pièce, un bloc de radium dans une enveloppe cubique en plomb avec une ouverture dans l'une des faces afin de permettre au rayonnement alpha de sortir en ligne droite. Devant le bloc de radium se trouvait une mince feuille d'or et sur tous les murs étaient accrochés des écrans fluorescents qui émettaient un scintillement à l'endroit où ils étaient frappés par une particule alpha. Cette dernière particularité lui permit de déterminer la trajectoire des particules alpha après leur déviation et ainsi, la position des particules positives et négatives dans l'atome.
Quand le rayonnement alpha fut projeté sur la feuille d'or, Rutherford observa, comme prévu, que la majorité des particules alpha n'étaient pas déviées et que certaines autres particules l'étaient faiblement. Ceci n'était pas prévu, mais il lui a été permis d'observer grâce aux scintillements, qu'un très petit nombre de particules alpha étaient très fortement déviées et ne passaient pas la feuille d'or. Ce dernier phénomène n'était pas connu, selon le modèle J.J. Thompson. Ce qui amena Rutherford à penser que le modèle de Thompson n'était pas bon et qu'il fallait donc en formuler un autre.
Selon lui, le fait que la majorité des particules alpha n'étaient pas déviées, était dû à ce que celles-ci ne rencontraient pas de matière. Donc, l'atome était en majorité composé de vide. Vu qu'un faible nombre de particules étaient fortement déviées, il pensa qu'elles avaient heurté un bloc massif, au centre de l'atome qu'il nomma "noyau". Comme ce type de déviation extrême était très rare, il supposa que le "noyau" avait des dimensions très faibles par rapport à l'atome tout entier. Cette dernière supposition s'affirma particulièrement juste, car il fut prouvé, depuis ce temps que le diamètre de l'atome mesure environ 1/100 000 de celui de l'atome. Il détermina également que les faibles déviations subies par certaines particules étaient dues au fait que le noyau était chargé positivement et que les particules alpha étant elles aussi positives, étaient repoussées.
Voilà à quoi ressemblait l'atome de Rutherford : un noyau très dense et positif, entouré d'électrons de charge négative qui se déplacent dans un espace plus important que celui occupé par le noyau.
Impact sur la société
Le modèle atomique de Rutherford permit de mieux comprendre la facilité avec laquelle les atomes perdaient et échangeaient des électrons. Il expliquait plus facilement pourquoi un atome gardait une masse constante quand il perdait ou gagnait des électrons. Mais certaines questions surgirent. Comment se faisait-il que les charges positives du noyau, qui normalement se repoussaient, pouvaient cohabiter dans un si petit espace? Comment se faisait-il également que les électrons n'étaient pas attirés irrésistiblement vers le noyau? Ce modèle, de par ces questions, déclencha alors une cascade de découvertes qui renforça notre connaissance de l'atome. Notamment, depuis que Rutherford a annoncé que l'atome possédait un noyau, on a maintes fois essayé de le diviser et même de le modifier. Il réussit lui-même à le faire, en 1919. Niels Bohr intégra plus tard les neutrons dans son propre modèle atomique et on put expliquer la radioactivité grâce aux connaissances acquises sur l'organisation du noyau. Ces connaissances permirent également la réalisation de certains instruments, plus ou moins utiles à l'humanité, comme la bombe atomique. Les réactions nucléaires étant aujourd'hui parfaitement maîtrisées, il en résulte l'utilisation écologique de cette énergie pour produire de l'électricité. Il y a également les appareils de résonance nucléaire auxquels les médecins d'aujourd'hui doivent beaucoup. Dans le même domaine, il existe aussi des appareils de chimiothérapie qui, maintenant, permettent de guérir certains types de cancer.
Conclusion
À travers cette importante découverte, Rutherford a contribué, sans le vouloir, au bien comme au mal de l'humanité.
Bibliographie
GRENIER, Eva. En quête des propriétés et de la structure, Montréal, Les Éditions HRW ltée, 1991, 150 p.
FEATHER, Norman. Lord Rutherford, Priory Press, Londres, 1973.
Recherche : Grégoire Wolff, École secondaire Le Ber, Sherbrooke, QC
Page mise à jour : 23 avril 1998
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