Provenance : Avec la permission de Wikimedia Commons

RUTHERFORD, ERNEST, 1^er baron RUTHERFORD, physicien et professeur d’université, né le 30 août 1871 à Spring Grove, près de Brightwater, Nouvelle-Zélande, quatrième des 12 enfants de James Rutherford et de Martha Thompson ; le 28 juin 1900, il épousa à Papanui (Christchurch, Nouvelle-Zélande) Mary Georgina Newton, et ils eurent une fille ; décédé le 19 octobre 1937 à Cambridge, Angleterre.

Ernest Rutherford naquit dans une famille franc-tenancière. Son père, charron et fermier, lui apprit à travailler dur et sa mère, ancienne enseignante, lui transmit un amour de la connaissance. Même si sa famille déménagea plusieurs fois, il reçut une instruction primaire normale dans des écoles publiques. En 1887, à l’aide d’une bourse, il entreprit ses études secondaires au Nelson College, où il acquit des bases solides en lettres classiques et en mathématiques, sans toutefois montrer de penchant pour une carrière scientifique. Ses succès au Nelson College le conduisirent, en 1890, toujours avec une bourse, au Canterbury College de la University of New Zealand, à Christchurch. Il y suivit le programme scientifique et mathématique typique de l’époque, mais le directeur hétérodoxe du collège, Alexander William Bickerton, éveilla son intérêt pour la science. Après avoir obtenu sa licence en 1892, Rutherford reçut une bourse du Canterbury College en vue de poursuivre des études supérieures en mathématiques et en physique. On lui remit un diplôme de maîtrise l’année suivante et il resta au collège pendant l’année 1894 pour mener des recherches en physique. Son étude sur la façon dont le fer magnétisé pouvait recevoir des ondes radio fut présentée dans deux articles publiés par le New Zealand Institute et lui permit d’obtenir une licence ès sciences de l’université en 1894. Il se fiança également cette année-là.

La Nouvelle-Zélande n’offrait à Rutherford aucun autre moyen d’avancement. Pour les physiciens anglophones, le centre du monde était le laboratoire Cavendish de la University of Cambridge, fondé en 1874 et dirigé par le remarquable Joseph John Thomson. Rutherford remporta juste au bon moment une bourse très convoitée, la 1851 Exhibition Scholarship. Cambridge avait changé ses règlements pour créer une licence en recherche ; les diplômés d’autres universités pouvaient s’inscrire à ce programme après avoir effectué deux années de résidence et terminé un projet de recherche. Quand il arriva, en 1895, Rutherford fut le premier de ces étudiants. Il avait l’intention de poursuivre ses travaux sur les ondes radio, mais l’annonce de la découverte, par le physicien allemand Wilhelm Conrad Röntgen, de ce qu’on désignerait sous le nom de rayons X, modifia ses plans. Thomson, déjà renommé pour son étude des rayons cathodiques, entraîna Rutherford dans une investigation des rayons X. Les deux hommes observèrent que ces derniers brisaient les molécules de gaz en particules chargées, les ions, qui étaient attirés sur des plaques métalliques. Leur article intitulé « On the passage of electricity through gases exposed to Röntgen rays », publié à Londres en 1896 dans le London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, fournit la théorie et les données pour expliquer ce phénomène. La même année, le physicien français Henri Becquerel découvrit la radioactivité de l’uranium ; Pierre et Marie Curie et d’autres chercheurs trouvèrent bientôt des éléments radioactifs supplémentaires. En examinant le comportement de l’uranium, Rutherford reconnut que l’élément émettait deux rayonnements distincts. Le premier, qu’il appela alpha, ionisait le gaz facilement, mais n’avait pas un grand pouvoir de pénétration dans une feuille métallique ; l’autre, surnommé bêta, produisait une moindre ionisation, mais pénétrait plus profondément.

La bourse de deux ans de Rutherford prit fin en 1897. Elle fut cependant renouvelée. Même s’il continuait de travailler au laboratoire Cavendish, il souhaitait occuper un poste permanent afin de pouvoir se marier. L’année suivante, Hugh Longbourne Callendar, ancien étudiant brillant de Thomson parti s’installer à Montréal en 1893 pour devenir l’un des deux professeurs titulaires de la chaire Macdonald de physique à la McGill University, décida d’accepter un emploi au University College, à Londres. Rutherford tenait à poser sa candidature au poste de McGill et convainquit plusieurs collègues d’exercer leur influence pour l’aider. Thomson était évidemment peu enthousiaste à l’idée de perdre le jeune scientifique ; il écrivit toutefois une solide lettre d’appui.

À McGill, la figure de proue en physique était un diplômé de Cambridge, John Cox. Il n’était pas chercheur, mais il avait travaillé avec le philanthrope William Christopher Macdonald* sur les plans de construction du pavillon Macdonald de physique. Conçu par Andrew Thomas Taylor, l’édifice abritait les laboratoires les mieux équipés et les plus modernes du monde. Cox, qui désirait engager un autre diplômé de Cambridge, se rendit à l’université avec le recteur, William Peterson*, pour interviewer des candidats. Ils jugèrent que Rutherford était la bonne personne pour la position à pourvoir. Avant de quitter l’Angleterre, Rutherford fit la connaissance de John Cunningham McLennan, Canadien venu étudier sous la direction de Thomson et qui deviendrait un ami intime après avoir accepté un poste en physique à la University of Toronto.

Rutherford arriva à Montréal en septembre 1898. Callendar avait formé une petite équipe dirigée par Howard Turner Barnes, dont les recherches étaient axées sur la calorimétrie, mesure précise des températures. Ces travaux avaient un but utilitaire marqué et auraient pu entrer en conflit avec l’orientation très différente de Rutherford. Cependant, le caractère affable et l’enthousiasme de ce dernier aplanirent toutes les difficultés possibles. Il devint la personne clé pour dynamiser la McGill Physical Society et fut élu en 1900 à la section III de la Société royale du Canada ; il assumerait les fonctions de vice-président de la section en 1905 et de président en 1906. En 1900, il retourna en Nouvelle-Zélande pour y passer plusieurs mois, épousa sa fiancée et l’emmena à Montréal.

La recherche sur la radioactivité amorcée à Cambridge prit de l’ampleur à McGill. Rutherford tourna son attention vers le thorium et découvrit plusieurs variantes de l’élément. Un certain nombre de théories se faisaient concurrence pour expliquer la radioactivité, mais aucune ne reposait sur des preuves expérimentales concluantes. Rutherford était assisté de collègues, tels Barnes et Robert Bowie Owens, du département de génie électrique, ainsi que d’étudiants canadiens et étrangers. L’un de ses collaborateurs principaux était Frederick Soddy, chimiste formé à la University of Oxford, qui avait été nommé démonstrateur à McGill en 1900. De leurs discussions à la McGill Physical Society sur la nature de l’atome surgit l’inspiration pour entreprendre un projet commun. Rutherford avait besoin des connaissances d’un chimiste afin d’approfondir ses travaux sur le thorium. Soddy fournit des idées, de même que ses compétences pour le travail en laboratoire. Les deux chercheurs conclurent qu’un élément radioactif se modifie spontanément (processus qu’on appellerait la désintégration radioactive) et se transforme en un isotope de cet élément, c’est-à-dire en une substance complètement différente. Ainsi, le thorium se convertit par étapes en plusieurs formes uniques. Chaque isotope ou élément radioactif possède sa propre demi-vie, période pendant laquelle, statistiquement, la moitié des atomes d’un échantillon se décomposera pour prendre la forme suivante de la série. Les articles révolutionnaires de Rutherford et Soddy, publiés en 1902 et 1903, convainquirent quasi immédiatement la communauté des physiciens. Le chimiste Otto Hahn vint d’Allemagne en 1905 pour en apprendre davantage sur le thorium, tandis qu’Arthur Stewart Eve* arriva d’Angleterre pour apporter sa collaboration (Eve reviendrait à McGill pour diriger le département de physique). Rutherford pouvait être un professeur bourru et désobligeant envers les chercheurs médiocres, mais il donnait tout son appui aux bons. Il était aimé de presque tous ses anciens étudiants ; parmi eux figuraient les Canadiens Robert William Boyle et Robert Kenning McClung, plus tard professeurs respectivement à la University of Alberta et à l’université de Manitoba, et la Canadienne Harriet Brooks, l’une des premières physiciennes à s’engager dans la recherche sur la radioactivité. Les travaux de Rutherford à McGill eurent pour résultat un livre publié en 1904 à Cambridge sous le titre Radio-activity et une invitation à prononcer, en 1905, à la Yale University, les Silliman Memorial Lectures, qui paraîtraient l’année suivante à New York sous le titre Radioactive transformations.

En 1906, Arthur Schuster annonça son intention de se retirer de l’enseignement de la physique à la Victoria University of Manchester et demanda d’être remplacé par Rutherford comme directeur du laboratoire de première classe qu’il avait mis sur pied. Rutherford arriva avec sa famille en Angleterre en mai 1907. L’assistant de Schuster, Hans Wilhelm Geiger, s’avéra un excellent collaborateur. À McGill, Rutherford avait conduit des expériences sur le bombardement de feuilles métalliques avec des particules alpha – reconnues par la suite comme étant les noyaux de l’hélium – émises par le radium. Au cours des trois années suivantes, Geiger, plusieurs étudiants et lui mesurèrent la dispersion de ces particules selon diverses méthodes. Thomson avait proposé le modèle atomique « plum pudding », selon lequel des électrons négatifs étaient répartis dans un atome de charge positive diffuse. En 1911, Rutherford annonça que, selon ses expériences, les atomes devaient avoir un petit noyau massif entouré d’électrons. Sa conclusion donna, dans les grandes lignes, la base de la conception moderne de l’atome et constitua sa deuxième grande contribution à la science. L’année suivante, le physicien Niels Henrik David Bohr vint du Danemark pour travailler avec Rutherford et fournit rapidement une description plus détaillée de la gravitation des électrons autour de l’atome d’hydrogène, à la lumière de la théorie quantique du physicien Max Karl Ernst Ludwig Planck. Un autre étudiant, Henry Gwyn Jeffreys Moseley, qui travaillait avec Rutherford, trouva que bombarder des atomes avec des électrons produisait des raies spectrales qui pouvaient être utilisées pour prédire le niveau de charge positive que renfermait le noyau atomique. Ces découvertes permirent aux physiciens de comprendre le tableau périodique, conçu au xix^e siècle par le chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev sur la base du poids atomique, où les éléments sont organisés par ordre croissant et définis par un numéro atomique correspondant au nombre de protons dans le noyau.

Les expériences avec les particules alpha menèrent à une troisième idée importante. Rutherford découvrit que le bombardement de l’azote gazeux avec ces particules semblait produire le type de recul obtenu en bombardant de l’hydrogène, composé uniquement de protons, ce qui paraissait contre-intuitif. Il se rendit compte rapidement que les particules alpha devaient faire éclater les noyaux d’azote et libérer des protons. Son étudiant, Patrick Maynard Stuart Blackett, réussit ultérieurement à démontrer que le bombardement transforme en réalité le noyau d’azote en oxygène. Rutherford avait fait la preuve que des éléments pouvaient subir une transmutation, possibilité que, traditionnellement, les chimistes n’avaient jamais approuvée.

En 1919, Rutherford retourna au laboratoire Cavendish pour prendre la relève de Thomson comme directeur et titulaire de la chaire Cavendish de physique expérimentale à Cambridge. Ayant amené avec lui James Chadwick, son assistant à Manchester, il poursuivit ses expériences sur la transmutation, en bombardant d’autres éléments avec des particules alpha. Dans sa Bakerian Lecture, prononcée à la Royal Society de Londres en 1920, il suggéra qu’une particule aussi massive que le proton, mais sans charge électrique, devait forcément exister. Sur le plan expérimental, cette particule, le neutron, était difficile à trouver ; Chadwick passa des années à tenter de la localiser et n’y parvint qu’en 1932. Les travaux sur la transmutation effectués sous l’impulsion de Rutherford illustrèrent également le premier virage vers ce qui deviendrait la mégascience. Ce terme, qui serait utilisé pour la première fois en 1961, désignerait l’élaboration de projets de recherche à grande échelle menés par des équipes de chercheurs et subventionnés par des gouvernements ou des organismes internationaux, surtout après la Deuxième Guerre mondiale. Les étudiants de Rutherford, Ernest Thomas Sinton Walton et John Douglas Cockcroft, soumirent des protons à l’accélération électrique dans le but de bombarder et de transmuer d’autres éléments en 1932, et d’induire de la radioactivité artificielle en 1933. Même s’il se trouvait au cœur de ces recherches, Rutherford ne croyait pas que l’énergie nucléaire pouvait un jour être captée et il mourut avant que le processus ne soit au point. Ironiquement, le neutron, dont Rutherford avait postulé l’existence et que Chadwick avait découvert, devint le moyen qu’utilisa le physicien Enrico Fermi pour bombarder un noyau. Les travaux de Fermi ouvrirent la voie à la première fission de l’atome d’uranium, réalisée dans le laboratoire de Berlin de l’ancien collaborateur de Rutherford, Otto Hahn.

Les hommes qui compteraient parmi les plus grands physiciens de la Deuxième Guerre mondiale et de l’après-guerre passèrent par le laboratoire Cavendish pendant le mandat de Rutherford. Grâce à ses bonnes relations avec le gouvernement et l’industrie, ce dernier réussit à en améliorer les installations. Il publia d’autres livres pendant les années où il se trouvait à Cambridge : Electricity and matter (Nelson, Nouvelle-Zélande, 1928), Radiations from radioactive substances (Cambridge, 1930), qu’il rédigea avec ses assistants Chadwick et Charles Drummond Ellis, The artificial transmutation of the elements […] (Londres, 1933) et The newer alchemy […] (Cambridge, 1937). Au cours de sa vie, il fit aussi paraître environ 180 articles. Sa remarquable carrière de chercheur et sa capacité à attirer les meilleurs étudiants firent en sorte qu’il n’eut pas à travailler dans l’ombre ; en effet, la communauté scientifique l’adula à partir d’un âge relativement jeune. Ses travaux à McGill lui valurent une bourse de la Royal Society de Londres en 1903 (sa candidature avait été proposée antérieurement par Thomson, mais en vain). L’année suivante, la Royal Society lui attribua la médaille Rumford, puis, en 1922, la médaille Copley. Le prix Nobel de chimie (et non pas de physique, à son grand amusement), qu’il reçut en 1908, à l’âge de 37 ans, constitua le point culminant de sa jeune carrière. Il assuma les fonctions de président de la Royal Society de 1925 à 1930. Au fil des ans, il accumula des médailles et des statuts de membre honoraire d’un certain nombre de sociétés scientifiques nationales, ainsi que des diplômes honorifiques de plus de 20 universités, dont McGill et la University of Toronto. À titre de président de la section A de la British Association for the Advancement of Science, il revint au Canada en 1909 pour la réunion de l’organisme à Winnipeg. Créé chevalier le 12 février 1914, il reçut l’ordre du Mérite en 1925 et fut élevé à la pairie le 23 janvier 1931 avec le titre de baron Rutherford of Nelson.

La mort de Rutherford, à l’âge de 66 ans, à la suite d’une intervention chirurgicale d’urgence pour traiter une hernie étranglée, surprit tout le monde. Il dirigeait toujours le laboratoire Cavendish, prononçait des conférences publiques et était membre de nombreux organismes. Il était reconnu à l’époque comme le physicien expérimentateur le plus éminent de sa génération ; un grand nombre d’historiens et de scientifiques le considéreraient comme le plus remarquable du xx^e siècle. Homme timide et modeste, il était néanmoins conscient de ses forces. Outre ses découvertes et idées exceptionnelles, l’une de ses principales contributions fut le soutien qu’il apporta à ses étudiants et à ses collègues. D’abord à Montréal, puis à Manchester et à Cambridge, il encouragea la carrière de beaucoup d’entre eux, originaires non seulement de l’Empire britannique, mais aussi de partout dans le monde. Il figura parmi les premiers physiciens à inciter les femmes à étudier et à travailler en physique sur un pied d’égalité avec les hommes.

Malgré son rôle déterminant dans le développement de la physique nucléaire, Ernest Rutherford exerça peu d’influence dans ce domaine au Canada. Avant son arrivée, en 1898, et longtemps après son départ, en 1907, des diplômés de Cambridge, tant canadiens qu’étrangers, dominèrent le département de physique de McGill. Au Canada, la recherche sur la radioactivité constitua un sujet secondaire en physique pendant l’entre-deux-guerres, reflétant l’orientation du pays vers les sciences appliquées.

Richard A. Jarrell