L’évolution de la recherche, en ce qui a trait à la chimie, a permis de prendre connaissance de plusieurs éléments. À cet effet, le chimiste Francis W. Aston fit une grande découverte d'une portée grandiose. La spectrométrie de masse fut l’élément fondamental de sa recherche. Au cours des prochaines lignes, il sera possible de lire sur sa vie, sur les gens qui l’ont entouré au moment de ses travaux et sur sa recherche elle-même.


Francis W. Aston, un homme de sciences

Francis W. Aston est né à Harborne, en Angleterre, le 1^er septembre 1877, troisième enfant d’une famille de sept. Il entra à l’Université de Birmingham en 1893. Ce fut en 1910 qu’il alla rejoindre J.J. Thompson au Trinity College situé à Cambridge où il fut son assistant dans le célèbre laboratoire Cavendish. Il a collaboré avec Thompson, mais il n’a pas laissé ses recherches sur le rayonnement alpha* pour autant. Il a entrepris l’étude de la constitution isotopique des éléments en 1913; ce furent ces découvertes qui le rendirent célèbre. Affecté à la ville de Famborough au moment de la Première Guerre mondiale, il étudia les conséquences des intempéries et du rayonnement solaire sur les tissus et substances imperméables utilisés pour les avions. De plus, il mit au point la lampe au néon, qui lui permit alors de vérifier le fonctionnement d’un appareillage fondé sur le principe stroboscopique*.

Il retourna au laboratoire de Cavendish, en 1919, et ne le quitta qu’à sa retraite. Il y reprit ses travaux laissés inachevés avant de quitter pour Famborough. Il réussit à démontrer que les isotopes* ont des propriétés chimiques identiques, bien qu’ayant des masses différentes. Ce fut avec ces informations qu’il conçut le spectrographe de masse et c’est grâce aux recherches sur les particules positives de E. Goldstein que cela fut possible. Les résultats de ses travaux furent publiés dans «Isotopes» en 1922 et lui valurent un prix Nobel de Chimie. En 1919, il construisit le spectromètre de masse et ce fut huit ans plus tard qu’il le perfectionna: au lieu d’avoir une précision de 1/1000, il en avait désormais une de 1/100 000. Il démontra l’existence de nombreux isotopes et publia en 1933 un ouvrage célèbre, «Mass-Spectra and Isotopes». Bien entendu, il ne faisait pas qu’aimer la chimie, il affectionnait aussi les sports et la musique, dont il était d’ailleurs critique dans le «Cambridge Review». Ce fut le 20 novembre 1945 que Francis W. Aston quitta ce monde.


Le cheminement scolaire de Francis W. Aston

Francis W. Aston a, bien entendu, fait de grandes études avant de débuter sa carrière de chercheur. Le jeune Francis a obtenu un prix d’honneur en mathématiques, tout en se classant souvent en sciences physiques. Il fit des études secondaires grandioses, puis étudia au Masson College, en 1893, rebaptisé la même année Université de Birmingham. Ce fut à cette époque qu’il commença ses recherches, accompagné de P. F. Frankland, sur les propriétés des substances organiques complexes. En 1901, son premier article parut.


Qu’est-ce que la spectrométrie de masse ?

La spectrométrie de masse est utilisée pour déterminer l’âge des roches, mais aussi dans le domaine médical pour identifier un virus, dans les transformations de matières premières, par exemple, en pétrochimie, de même que dans l’alimentation pour les odeurs et les saveurs. La spectrométrie de masse est jumelée avec la physique nucléaire pour déterminer la masse des isotopes avec des degrés de certitude très élevés. Le spectrographe* de masse calcule le ratio d’isotopes, ce qui permet de déterminer la composition des éléments dans lesquels figurent un ou plusieurs isotopes. En gros, la spectrométrie de masse nous permet d’identifier les différents éléments composant divers corps, grâce à deux aimants de forces différentes qui vont chercher les isotopes de masses variées. Les isotopes lourds seront attirés par l’aimant du bas, tandis que les autres, plus légers, seront attirés par le second. Cela s’avère utile pour analyser et expliquer certains phénomènes, pour déterminer l’âge ou la provenance d’objets, bref, pour comprendre le fonctionnement de bien des éléments. En fait, la spectrométrie s’avère indispensable dans des domaines aussi variés que l’âge de notre univers, la compréhension des cycles du sommeil et même le fonctionnement des virus.

Qu’est-ce que cela a apporté à la chimie ?

Avec certitude, les travaux de Francis W. Aston ont apporté beaucoup pour les recherches d’aujourd’hui. Nous l’avons vu, les éléments les plus touchés sont la santé, la transformation de matières premières et l’alimentation. Comme exemple, en santé, si on injecte une faible dose d’isotopes radioactifs dans le sang du patient, il est possible d’en suivre le trajet avec des détecteurs spéciaux de radioactivité, cela permettant de découvrir les anomalies dans les vaisseaux sanguins. On peut aussi, d’autre part, mesurer la vitesse de l’usure des machines industrielles. L’identification des isotopes a créé une révolution dans plusieurs domaines, même si l’on ne s’en rend pas toujours compte.

Finalement, les recherches de Francis W. Aston ont fait avancer la chimie à pas de géant et les gens de ce milieu ont pu profiter, et en profitent encore, de cet héritage. Que deviendrait donc le métier d’archéologue, ou même celui d’anthropologue, sans cet outil exceptionnel qu’est le spectrographe de masse?


*Définitions:

Rayonnement ou particule alpha: noyau d’hélium de charge positive.

Stroboscopique: relatif à la stroboscopie: moyen d'observer les mouvements périodiques, qui sont rapides ou moyens, d'éclairs réguliers où la fréquence est semblable à celle du mouvement.

Isotope: les isotopes occupent la même place dans le tableau périodique, tout en montrant les différentes formes d'un même élément.

Spectrographe: instrument pour analyser ou pour séparer les composants d'un gaz.

Bibliographie

Le Petit Larousse Illustré 1999, Paris, Larousse, 1998, 1786 p.

«Le spectrographe». Axis: L'encyclopédie multimédia Hachette [CD-ROM]. Version 1.01.00, Le Livre de Paris-Hachette, 1993.

«Les isotopes». Encyclopédie des sciences [CD-ROM]. Londres, Larousse, 1994.

Cyberium. (Page consultée le 30 janvier 2003). 1922. Francis William Aston, [En ligne]. Adresse URL: http://membres.lycos.fr/xjarnot/Chimistes/Nobel_1920.html

Nobel lecture, Chemistry 1922-1941. (Page consultée le 30 Janvier 2003). Francis W. Aston – Biography, [En ligne]. Adresse URL: http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1922/aston-bio.html

Scripps Center for Mass Spectrometry (BCC-007). (Page consultée le 30 janvier 2003). Introduction to Mass Spectometry, [En ligne]. Adresse URL: http://masspec.scripps.edu/information/intro/chapter5.html

Recherche : Tanya Bossé-Côté, Centre Le Goéland, Sherbrooke (Québec), CANADA.
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