La découverte des rayons X - une forme de rayonnement invisible qui peut traverser les objets, y compris les tissus humains - révolutionna la science et la médecine à la fin du XIXe siècle. Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), scientifique allemand, découvrit les rayons X ou rayons Röntgen en novembre 1895. Cette découverte lui valut le premier prix Nobel de physique en 1901.
L'enthousiasme suscité par cette découverte se mêla à l'obsession de la fin de l'époque victorienne pour les fantômes et la photographie. Les rayons X pouvaient "photographier" l'invisible, pénétrer la chair, exposer les os et le squelette humain. Les "portraits d'os" devinrent alors populaires et les photographes ouvrirent des studios pour un public fasciné par les images de squelettes hors du commun.
L'une des premières utilisations médicales des rayons X eut lieu en 1896 lorsque John Francis Hall-Edwards (1858-1926), un médecin britannique, repéra une aiguille enfoncée dans la main d'un collègue. La technologie des rayons X cessa rapidement d'être considérée comme une nouvelle forme de photographie pour devenir un outil de diagnostic moderne utilisé par les hôpitaux et les médecins.
Wilhelm Conrad Röntgen était un scientifique méticuleux, mais la découverte des rayons X pourrait avoir été un résultat involontaire de ses travaux sur les rayons cathodiques dans son laboratoire de Würzburg, en Bavière, en Allemagne.
Premières années
Wilhelm Conrad Röntgen vit le jour à Lennep, en Prusse (Remscheid-Lennep, Allemagne), le 27 mars 1845, d'un père marchand de textile allemand et d'une mère néerlandaise. Fils unique, il passa ses premières années à Apeldoorn, aux Pays-Bas. Son père, Friedrich Conrad Röntgen (1801-1884), dirigeait une entreprise de fabrication de tissus à Apeldoorn. La famille avait également déménagé en raison des troubles politiques en Prusse.
Röntgen fréquenta l'école technique d'Utrecht de 1861 à 1863, mais il fut renvoyé lorsqu'un camarade de classe caricatura un professeur. Röntgen fut mis en cause mais refusa de nommer l'élève responsable. Malgré d'excellentes notes, il n'obtint pas de diplôme technique et ne put obtenir de diplôme aux Pays-Bas. En 1865, il fut admis à la Division technique mécanique de l'École polytechnique fédérale de Suisse, où il obtint un diplôme d'ingénieur en mécanique et, en 1869, un doctorat en physique avec sa thèse Études sur les gaz.
Le physicien expérimental allemand August Kundt (1839-1894) était le superviseur de Röntgen. En 1866, Kundt conçut le tube de Kundt, un appareil en verre permettant de mesurer la vitesse du son dans les gaz. Kundt influença considérablement Röntgen et sa carrière de chercheur.
Röntgen suivit Kundt à l'université de Würzburg en 1870, où il travailla comme assistant non rémunéré à une époque de progrès rapides en physique expérimentale. Le mathématicien écossais James Clerk Maxwell (1831-1879) effectuait des recherches sur le rayonnement électromagnétique et établit le lien entre la lumière et le rayonnement électromagnétique. Maxwell prit également la première photographie couleur en 1861, sur la base de sa théorie des trois couleurs, selon laquelle l'œil humain perçoit les couleurs grâce à une combinaison de lumière bleue, rouge et verte. Samuel Morse (1791-1872), né dans le Massachusetts, mit au point le télégraphe électrique, qui permet de transmettre des messages sur de longues distances, et le code Morse pour coder les messages, tandis qu'Alexander Graham Bell (1847-1922) inventa le téléphone.
Les travaux du physicien allemand Heinrich Hertz (1857-1894) et du chimiste britannique William Crookes (1832-1919) intéressèrent particulièrement Röntgen. Ces deux scientifiques étudiaient les rayons cathodiques, des flux invisibles d'électrons dont le comportement peut être observé lorsqu'un courant électrique passe entre les deux électrodes (cathode et anode) d'un tube à vide en verre. On parle de rayon cathodique parce que les électrons sont émis par la cathode (ou électrode négative) lorsqu'un courant électrique la chauffe, et que le flux d'électrons brille. Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) fut le premier à détecter des rayons cathodiques verts dans la paroi en verre d'un tube à vide en 1869, mais il n'avait pas réalisé que des rayons X avaient été produits au cours de ses expériences.
Röntgen fut fasciné par la fluorescence provoquée par les rayons cathodiques frappant certains matériaux, tels que des sels comme le platinocyanure de baryum, qui brillent d'une couleur jaune verdâtre lorsqu'ils sont exposés aux rayons cathodiques. C'est cette fascination qui conduisit à la découverte des rayons X.
Étapes de la découverte
En 1895, Röntgen était professeur de physique à l'université de Würzburg et, à 50 ans, il était au sommet de sa carrière. Au cours des XVIIIe et XIXe siècles, de nombreux scientifiques avaient expérimenté l'électricité et les tubes à vide et avaient failli découvrir les rayons X. Leurs expériences furent des étapes cruciales qui conduisirent à la découverte de Röntgen.
En 1705, le scientifique britannique Francis Hauksbee (1660-1713) étudia la production d'électricité statique. Il retira la plus grande partie de l'air d'un globe de verre et produisit une lueur en le faisant tourner et en le frottant avec ses mains. Hauksbee vit une lumière bleu-violet dans la pièce sombre, suffisante pour voir le contour de sa main lorsqu'il la posa sur le globe, mais il n'avait pas d'explication théorique pour cette lumière. Hauksbee avait involontairement inventé le néon et démontré que des phénomènes électriques pouvaient générer de la lumière.
En février 1890, le physicien américain Arthur Willis Goodspeed (1860-1943) prit la première image radiographique. Il expérimentait avec des décharges électriques dans un tube de Crookes (un des premiers tubes à vide) à l'université de Pennsylvanie. Des plaques photographiques non exposées et des pièces de monnaie se trouvant à proximité furent exposées aux rayons X émis par le tube de Crookes. Goodspeed se plaignit auprès du fournisseur des plaques photographiques parce qu'une forme ombragée apparaissait sur l'une des images développées. Goodspeed ne s'était pas rendu compte qu'il avait pris une photographie aux rayons X des pièces de monnaie et l'avait tout simplement archivée. Ce n'est que lorsque Röntgen annonça la découverte des rayons X dans son article On a New Kind of Rays (publié le 28 décembre 1895) que Goodspeed comprit qu'il avait observé les rayons X près de six ans plus tôt. En février 1896, lors d'une conférence à l'American Philosophical Society, Goodspeed déclara:
Messieurs, nous souhaitons qu'il soit clairement entendu que nous ne revendiquons aucun mérite pour ce qui semble avoir été un accident des plus intéressants, mais les preuves semblent assez convaincantes que la première image de l'ombre de Röntgen a réellement été produite il y a presque exactement six ans ce soir, dans la salle de conférence de l'Université de Pennsylvanie.
(Goodspeed, 24)
L'étudiant et assistant de Heinrich Hertz, Philipp Lenard (1862-1947), né en Hongrie, avait lui aussi manqué de peu la découverte des rayons X et n'apprécia guère que Röntgen reçoivent tous les honneurs. Il prétendait que ses expériences sur les rayons cathodiques avaient conduit directement à la découverte de Röntgen et qu'il était la "mère des rayons X" parce qu'il avait inventé le tube à vide que Röntgen utilisait dans ses nombreuses expériences.
Hertz avait montré que les rayons cathodiques pouvaient traverser une fine feuille de métal et, en 1892, Lenard conçut un tube de verre amélioré avec une fenêtre en aluminium à l'extrémité - appelée fenêtre Lenard - qui permettait aux rayons cathodiques de sortir du tube pour être étudiés à l'extérieur du tube à proprement dit. Il enduisit une plaque d'un composé chimique, la cétone, et constata que les rayons cathodiques assombrissaient certaines parties de la plaque à une distance de 8 centimètres et que d'autres zones brillaient. Cela signifiait que les rayons cathodiques avaient suffisamment d'énergie pour produire de la lumière visible, mais Lenard n'avait pas compris qu'un autre type de rayon avait été produit.
Röntgen entendit parler de l'expérience de Lenard et souhaitait la reproduire. Ils échangèrent des lettres et Röntgen commanda de la cétone, qui tarda à arriver du fabricant. Röntgen utilisa à la place du platinocyanure de baryum, un composé chimique connu à l'époque pour sa capacité à devenir fluorescent sous l'effet de la lumière ultraviolette. Le remplacement du composé chimique, combiné à l'observation rigoureuse et à l'expérimentation répétée de Röntgen, conduisit probablement à ce qu'il soit reconnu en tant que découvreur des rayons X plutôt que les nombreux scientifiques qui, avant lui, avaient observé sans le savoir des rayonnements invisibles.
Le vendredi soir 8 novembre 1895, dans son laboratoire sombre de l'université de Würzburg, Röntgen recouvrit un tube à vide de carton noir et envoya un courant électrique à grande vitesse de la cathode à l'anode. Le fait de couvrir le tube bloquait toute lueur qui pourrait être émise. Un carton recouvert de platinocyanure de baryum émit une faible lueur jaune-vert et Röntgen comprit que les rayons du tube avaient un effet luminescent.
Röntgen s'enferma dans son laboratoire et y dormit même. Pendant plusieurs semaines, il prit des images aux rayons X, la plus célèbre étant "Hand mit Ringer" ("Main avec anneaux") prise en décembre 1895 de la main gauche de sa femme. Anna Bertha Röntgen (1839-1919), que Röntgen avait épousée en 1872, fut la première personne à faire l'expérience d'une radiographie, et l'image montrait son alliance et les os de sa main. Après avoir regardé la radiographie, Anna Röntgen s'exclama qu'elle avait vu la mort.
Bien que le terme courant soit "rayons X" (X représentant une quantité inconnue en mathématiques), ils étaient principalement appelés "rayons Röntgen" à l'époque de leur découverte. Röntgen démontra que les rayons X pouvaient pénétrer le verre, le papier, le métal et les tissus humains. Le physicien britannique et président de la Royal Society, Lord Kelvin (1824-1907), était sceptique et déclara rapidement que les rayons X étaient un canular. Une revendication particulièrement pénible pour Röntgen fut celle de Philipp Lenard, qui pensait être le découvreur légitime des nouveaux rayons. Lenard avait envoyé à Röntgen l'un de ses tubes à vide en verre spécialement conçus et lui avait également communiqué des informations cruciales sur ses expériences cathodiques de 1892. Sans cela, selon Lenard, Röntgen n'aurait pas été en mesure de réaliser sa percée historique.
Le ressentiment de Lenard s'accrut davantage encore lorsque Röntgen reçut le prix Nobel en 1901, et son amertume se prolongea jusque dans les années 1930, lorsque Lenard se laissa entraîner par le nationalisme allemand et l'antisémitisme. Bien qu'il ait reçu le prix Nobel en 1905 pour ses travaux sur les rayons cathodiques, Lenard ne cessa de chercher à discréditer la découverte de Röntgen. Le Troisième Reich soutint l'affirmation de Lenard selon laquelle les rayons à haute fréquence, comme il les appelait, n'avaient pas été découverts par Röntgen.
Portraits osseux et effets nocifs
Les rayons X furent d'abord considérés comme une nouvelle forme merveilleuse de photographie, captivant l'imaginaire du public victorien. Comme les rayons X pouvaient voir à travers les vêtements et produire un contour du corps humain, il y avait des inquiétudes quant à la pudeur et à la vie privée. Dans un numéro de 1896 de la revue Electrical World, une société londonienne faisait la publicité de sous-vêtements en plomb comme moyen de protection. Néanmoins, les studios photographiques et les fêtes foraines profitèrent de l'engouement pour les rayons X en 1896. Les gens faisaient la queue pour que leur squelette soit photographié dans des portraits d'os. Le portrait "Hand mit Ringer" est considéré comme le premier portrait d'os.
Des momies égyptiennes dont les bandelettes avaient été enlevées furent radiographiées. Les spirites frauduleux exploitèrent les connaissances limitées du public sur la nouvelle technologie, en particulier la confusion sur la différence entre les rayons cathodiques et les rayons X. Ils utilisaient des procédés spéciaux pour faire croire aux gens qu'un squelette à l'apparence fantomatique sur une photographie était leur proche décédé.
Les médecins confiaient leurs patients à des photographes avant que l'on ne se rende compte de la valeur diagnostique des radiographies. En 1898, cependant, l'intérêt du public s'était estompé et la technologie des rayons X entra dans le domaine médical, les hôpitaux proposant des traitements radiologiques. L'Américain Émil Grubbé (1875-1960) fut peut-être le premier oncologue au monde. En 1896, il traita une patiente atteinte d'un cancer du sein pendant une heure à l'aide de radiations.
Les effets néfastes de l'exposition aux rayonnements apparurent dès le début des années 1900, avec des cas signalés de brûlures et de démangeaisons cutanées (connues à l'époque sous le nom de dermatite des rayons X). L'assistant de Thomas Edison (1847-1931), Clarence Dally (1865-1904), souffrit d'un gonflement des mains et d'une desquamation de la peau après avoir été exposé aux rayons X pendant huit ans. Après avoir entendu parler de la découverte de Röntgen, Edisonfit des expériences sur les rayons X et mit au point le fluoroscope, une machine qui utilisait les rayons X pour montrer les organes internes en mouvement, comme dans un film. Il cessa ses expériences lorsque Dally fut amputé des deux bras en raison d'une exposition prolongée aux radiations. Dally mourut en 1904 d'un cancer à l'âge de 39 ans.
Hall-Edwards perdit également son bras gauche et quatre doigts de sa main droite pour éviter la propagation de la nécrose radio-induite. Émil Grubbé souffrit d'un cancer radio-induit et subit plus de 90 opérations pour traiter de graves brûlures et complications avant de mourir. La législation en matière de sécurité ne fut introduite en Angleterre et aux États-Unis qu'en 1921, mais de nombreux pionniers des rayons X étaient déjà décédés. Röntgen succomba à un cancer de l'intestin peu après, en février 1923.
Le monde médical sait aujourd'hui que certains types de rayonnements peuvent altérer l'ADN, entraînant la multiplication rapide des cellules cancéreuses. Pourtant, des années 1920 jusqu'au milieu des années 1950, un appareil à pièces appelé Foot-O-Scope était couramment utilisé dans les magasins de chaussures. Une image radiographique des os du pied et un contour de la chaussure permettaient aux parents de vérifier si la chaussure convenait à l'enfant. L'appareil s'appelait Pedoscope en Angleterre et utilisait la fluoroscopie. Le vendeur de chaussures s'exposait plusieurs fois par jour à des radiations émises par le fluoroscope. En 1950, 10 000 machines fonctionnaient sans réglementation aux États-Unis. En 1957, la Pennsylvanie interdit le fluoroscope pour l'essayage des chaussures, devenant ainsi le premier État américain à prendre des mesures en ce sens. La fluoroscopie fut également utilisée pendant la Première Guerre mondiale pour radiographier les pieds des soldats blessés sans qu'ils aient besoin d'enlever leurs bottes.
Dernières années de Röntgen
Wilhelm Conrad Röntgen n'aimait pas les feux de la rampe. Il n'assista pas à la cérémonie de remise du prix Nobel de 1901, n'y fit pas de conférence et ne chercha pas à tirer profit de sa découverte en déposant un brevet. Il estimait que la technologie des rayons X devait être librement accessible et fit don de son prix Nobel (environ 40 000 USD) à l'université de Würzburg. Röntgen était aisé sur le plan financier, grâce à l'entreprise textile de son père.
En 1900, Röntgen s'installa à l'université de Munich, où il occupa la chaire de physique expérimentale jusqu'à sa retraite en 1920. Anna Bertha Röntgen mourut en 1919 des suites d'une longue maladie. Lorsque l'hyperinflation frappa l'Allemagne en 1921, Röntgen perdit une grande partie de sa fortune. Il stipula dans son testament que la plupart de ses carnets de laboratoire et de sa correspondance devaient être détruits. On peut donc se demander si Röntgen était préoccupé par les rumeurs persistantes concernant le véritable découvreur des rayons X.
L'inventeur serbo-américain Nikola Tesla (1856-1943) prétendait travailler sur les rayons X (qu'il appelait "shadowgraphs") depuis le début des années 1890. Un incendie dans son laboratoire new-yorkais en mars 1895 entraîna la perte des notes et des photographies de Tesla, de sorte que ses affirmations ne purent être étayées. L'amertume de Philipp Lenard continuant de peser sur Röntgen, il est possible que les documents personnels de ce dernier aient été détruits pour éviter qu'ils ne tombent entre les mains de rivaux ou qu'ils ne soient utilisés à mauvais escient.
Quelle que soit la raison pour laquelle Röntgen demanda que ses documents scientifiques soient détruits, l'histoire retient qu'en 1895, Wilhelm Conrad Röntgen, travaillant dans un laboratoire obscur, découvrit un nouveau type de rayon inconnu, qui révolutionna l'imagerie médicale.
