Sciences · Inventions et découvertes
Les rayons X
Les rayons X sont un rayonnement électromagnétique très énergétique, capable de traverser les tissus mous. Découverts par hasard par Wilhelm Röntgen le 8 novembre 1895, ils ont fondé l’imagerie médicale.
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Peu de découvertes ont été aussi vite adoptées. Quelques semaines après l’annonce de Röntgen, des médecins localisent des balles et des fractures sur des radiographies. Les rayons X ouvrent aussi la voie à la découverte de la radioactivité, à la structure des cristaux et à celle de l'ADN.
La découverte de 1895
Le 8 novembre 1895, à Würzburg, le physicien allemand Wilhelm Conrad Röntgen étudie les décharges électriques dans un tube de Crookes, entouré de carton noir. Il remarque qu’un écran fluorescent posé à distance se met à briller. Un rayonnement invisible, inconnu, traverse le carton : il l’appelle « rayons X », X désignant l’inconnue.
Le 22 décembre 1895, il réalise la radiographie de la main de sa femme, Anna Bertha, où l’on voit les os et l’alliance. Sa publication, fin décembre, fait sensation dans le monde entier. Röntgen reçoit en 1901 le premier prix Nobel de physique ; il refuse de breveter sa découverte.
Qu’est-ce qu’un rayon X ?
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques, comme la lumière, mais de longueur d’onde beaucoup plus courte, entre environ 0,01 et 10 nanomètres (voir spectre électromagnétique). Leurs photons transportent une énergie suffisante pour arracher des électrons aux atomes : ce sont des rayonnements ionisants.
On les produit dans un tube où des électrons, accélérés par une haute tension, frappent une cible métallique (souvent du tungstène) : leur brusque freinage émet des rayons X.
Pourquoi voit-on les os ?
Les rayons X sont d’autant plus absorbés que la matière est dense et formée d’atomes lourds. Les os, riches en calcium, les arrêtent beaucoup ; les muscles et les graisses un peu ; l’air des poumons presque pas. Sur le détecteur, les zones très absorbantes apparaissent claires, d’où les os blancs sur fond sombre.
Les principales applications
| Domaine | Application |
|---|---|
| médecine | radiographie, mammographie, scanner, radiologie interventionnelle |
| radiothérapie | destruction des tumeurs par des rayonnements de haute énergie |
| science | cristallographie (structure des cristaux, des protéines, de l’ADN) |
| sécurité | contrôle des bagages dans les aéroports |
| industrie | contrôle des soudures et des pièces sans les démonter |
| astronomie | observation des trous noirs, étoiles à neutrons, gaz très chauds |
Le scanner
Le scanner (tomodensitométrie), mis au point par Godfrey Hounsfield et Allan Cormack au début des années 1970 (prix Nobel de médecine 1979), fait tourner un tube à rayons X autour du patient. Un ordinateur reconstruit des images en coupes, puis en trois dimensions.
La cristallographie
En 1912, Max von Laue montre que les cristaux diffractent les rayons X ; William Henry et William Lawrence Bragg en tirent une méthode pour déterminer la position des atomes. C’est un cliché de diffraction de Rosalind Franklin, en 1952, qui aide à établir la structure en double hélice de l’ADN en 1953.
Les dangers et les doses
Les pionniers ignoraient les risques : de nombreux radiologues et fabricants de tubes ont souffert de brûlures, de cancers et d’amputations. Les rayonnements ionisants peuvent endommager l’ADN des cellules ; le risque dépend de la dose.
| Exposition | Dose efficace indicative |
|---|---|
| radiographie du thorax | environ 0,02 mSv |
| radiographie dentaire | moins de 0,01 mSv |
| mammographie | environ 0,5 mSv (deux incidences par sein) |
| vol Paris-New York aller-retour | environ 0,05 à 0,1 mSv |
| scanner de l’abdomen | environ 5 à 10 mSv |
| exposition naturelle annuelle moyenne en France | environ 3 mSv |
Le millisievert (mSv) mesure l’effet biologique d’une exposition. Les examens sont prescrits quand le bénéfice attendu dépasse le risque, très faible pour une radiographie simple.
Pendant la Grande Guerre
Marie Curie organise pendant la Première Guerre mondiale des voitures radiologiques, surnommées « petites Curies », qui permettent de radiographier les blessés près du front. Elle forme elle-même des opératrices.
Questions fréquentes
Qui a découvert les rayons X ?
Wilhelm Conrad Röntgen, le 8 novembre 1895, à Würzburg. C’est une découverte fortuite, faite en étudiant les décharges dans des tubes à vide.
Les rayons X sont-ils radioactifs ?
Non. Ce sont des rayonnements ionisants, comme certains rayonnements radioactifs, mais ils sont produits par un appareil électrique et cessent dès qu’on l’éteint. Une personne radiographiée ne devient pas radioactive.
Quelle est la différence entre radiographie, scanner et IRM ?
La radiographie donne une image plane aux rayons X ; le scanner utilise aussi des rayons X mais produit des coupes ; l’IRM utilise un champ magnétique et des ondes radio, sans rayonnement ionisant.