La chambre à brouillard, ou chambre de Wilson, est un
instrument scientifique inventé entre 1897 et 1899 par le physicien écossais
C.T.R. Wilson. Elle
permet de visualiser les trajectoires de particules chargées électriquement, comme les rayons alpha et beta issus
des éléments radioactifs. Son utilisation en physique des particules est capitale à partir des années `20 et jusqu'aux années `50, permettant entre autre la découverte du positron (ou électron positif) en 1932 et du muon en 1936.
L'instrument scientifique
La chambre à brouillard est un appareil qui permet de créer artificiellement un brouillard de vapeur d’eau ou d’un mélange eau/alcool, par exemple en augmentant brusquement le volume de la chambre grâce à la chute d’un piston, ou alors par le refroidissement du support de la chambre. Des gouttelettes peuvent alors se former par condensation le long du trajet de particules chargées électriquement.
De la peinture noire qui tapissait à l'origine le fond de la chambre à brouillard aujourd'hui exposée au Musée Curie il ne reste que des traces. Cette peinture permettait de mieux visualiser les trajectoires laissées par les rayonnements dans la vapeur.
Un élément radioactif introduit dans la chambre produit un rayonnement qui conduit à la formation de charges électriques lors de son passage. La trajectoire du rayonnement devient donc visible à travers la fenêtre transparente au sommet de l’appareil.
Des images pour voir l'invisible
La chambre à brouillard peut être utilisée conjointement avec des bobines d’électroaimants qui permettent de dévier des particules chargées, ainsi que d’une ampoule pour éclairer les gouttelettes formées et les rendre visibles à l’œil nu. Un appareil stéréoscopique permet d’obtenir des images en relief de la trajectoire laissée par les particules. A partir de ces images, et grâce à la déviation causée par le champs magnétique, les caractéristiques physiques des particules peuvent être dévoilées.
Son utilisation par Frédéric et Irène Joliot-Curie
La chambre à brouillard a eu un impact très important sur la physique des années `30 et `40. Frédéric et Irène Joliot-Curie s’en serviront souvent, que ce soit à l’Institut du radium ou au Collège de France, lorsque Frédéric y deviendra professeur en 1937. Il inventera d’ailleurs un modèle de chambre à brouillard à pression variable, comme celle présentée au Musée Curie. Ses modifications lui permettront d’obtenir, pour une même particule, des trajectoires plus longues, et donc des mesures physiques plus précises.
Un instrument facilement reproductible
Instrument aisément reproductible, il n’est pas rare de croiser une chambre à brouillard lors de son cursus scolaire (au lycée ou à l’université) ou dans les centres de sciences. Cet appareillage a un intérêt pédagogique important puisqu’il permet, relativement simplement, de « voir » ou du moins de détecter le passage de particules chargées, issues par exemple de la radioactivité ou du rayonnement cosmique. De nombreuses vidéos, disponibles sur Internet, offrent la possibilité d’appréhender des phénomènes qui nous entourent mais qui demeurent totalement invisibles à l’œil nu.
Conception : Musée Curie
Photographie 2012 : Alexandre Lescure, Institut Curie et Sacha Lenormand
Photographies anciennes : collection ACJC, Musée Curie
Vidéo : Cloudylabs, Youtube (https://www.youtube.com/watch?v=ZiscokCGOhs)
