La promesse tacite des nouvelles technologies est qu’elles feront progresser et amélioreront notre image du monde – cela va doubler pour celles qui sont spécifiquement conçues pour nous permettre de regarder de plus près le monde physique que nous n’avons jamais pu le faire auparavant. L’une de ces avancées a été l’invention de la cristallographie aux rayons X qui a permis aux scientifiques d’examiner les arrangements spatiaux des atomes au sein d’une molécule. Kathleen Lonsdale est entrée au rez-de-chaussée de la cristallographie aux rayons X peu de temps après sa découverte au début du 20e siècle, et l’a utilisée pour prouver de manière concluante que la molécule de benzène est un hexagone plat de six atomes de carbone, mettant ainsi fin à un différend scientifique de plusieurs décennies une fois et pour tous.

Le benzène est un composé chimique organique sous la forme d’un liquide incolore et inflammable. Il a de nombreuses utilisations en tant qu’additif dans l’essence et il est utilisé pour fabriquer des plastiques et du caoutchouc synthétique. C’est aussi un bon solvant. Bien que la formule du benzène soit connue depuis longtemps, les dimensions et la structure atomique sont restées un mystère pendant plus de soixante ans.

Kathleen Lonsdale était une pionnière de la cristallographie et a développé plusieurs techniques pour étudier les structures cristallines à l’aide de rayons X. Elle était brillante, mais elle était aussi humble, travailleuse et adaptable, d’autant plus qu’elle gérait trois jeunes enfants et une carrière en chimie en herbe. Au début de la Seconde Guerre mondiale, elle a passé un mois en prison pour des raisons liées à son pacifisme convaincu, et a ensuite travaillé à la réforme des prisons, visitant habituellement les prisons pour femmes.

Après la guerre, Kathleen a parcouru le monde pour soutenir les mouvements qui promeuvent la paix et a souvent été invitée à parler de la science, de la religion et du rôle des femmes dans la science. Elle a reçu de nombreux honneurs au cours de sa vie et est devenue une Dame de l’Empire britannique en 1956. Avant tout cela, elle a honoré la chimie organique de ses contributions.

Des mathématiques à la physique en passant par la chimie

Kathleen au labo. Image via Britannica

Kathleen Yardley est née en Irlande le 28 janvier 1903. Elle était le dixième et dernier enfant de Harry et Jessie Yardley. Son père Harry était le maître de poste de la ville et passait une grande partie de son temps libre à lire. Kathleen a dit qu’elle tenait sa passion pour les faits de son père.

Malheureusement, le mariage de ses parents a pris fin et Jessie a déménagé les enfants en Angleterre. Jessie était une baptiste stricte, et Kathleen a dit que ses premiers souvenirs sont d’aller à l’église et d’apprendre à compter avec de petites boules jaunes à l’école.

Kathleen a remporté une bourse pour un lycée de filles et a ensuite fréquenté un lycée de garçons pour des cours de mathématiques et de sciences, qui n’étaient pas offerts à l’école des filles. Ses frères et sœurs aînés ont été contraints d’abandonner l’école pour pouvoir trouver un emploi et aider à subvenir aux besoins de la famille. L’un de ses frères, Fred, était opérateur sans fil et recevait les derniers signaux du Titanic.

À seize ans, Kathleen a obtenu une bourse d’études dans le comté et est entrée au Bedford College for Women, une division de l’Université de Londres. Elle a commencé sur un chemin mathématique, mais est rapidement passée à la physique, obtenant un baccalauréat ès sciences en 1922 à l’âge de dix-neuf ans avec les notes les plus élevées que l’école ait vues en dix ans. Elle s’inquiétait de trouver un emploi et a été surprise et honorée lorsque Sir William Henry Bragg, pionnier de la diffraction des rayons X et lauréat du prix Nobel de physique 1915 l’a invitée à rester et à rejoindre son équipe de recherche en cristallographie à l’Université dans un poste rémunéré pendant qu’elle faisait sa maîtrise degré. En 1929, Kathleen obtiendra un doctorat en sciences du Laboratoire Faraday de la Royal Institution.

Sir Bragg s’est avéré être un mentor et un superviseur assez inspirant, et Kathleen a écrit ceci à son sujet :

Il m’a inspiré son propre amour de la science pure et son esprit enthousiaste de recherche, et en même temps m’a laissé entièrement libre de suivre ma propre ligne de recherche.

Une assiette des tables Astbury-Yardley. L’image via les données est la nature

Décoder l’anneau de benzène

En 1923, WH Bragg partit pour la Royal Institution de Londres et Kathleen l’accompagna. C’est à cette époque que la cristallographie aux rayons X a commencé à être utilisée pour regarder à l’intérieur des molécules organiques – des atomes de carbone avec d’autres atomes élémentaires attachés. Le processus impliquait beaucoup de calculs, et Kathleen a vu le besoin de tables de recherche de cristallographie qui accéléreraient considérablement les choses. Avec son collègue de laboratoire, ils ont créé les tables d’Astbury-Yardley, qui ont constitué la base de ce qui est devenu les tables internationales de cristallographie aux rayons X.

Pendant son séjour à l’Institution royale, Kathleen a rencontré Thomas Lonsdale, un étudiant en génie qui allait devenir son mari. Ils se sont mariés en 1927 et ont ensuite déménagé à Leeds pour s’adapter à son nouveau travail. Pendant ce temps, Kathleen a rejoint le département de physique de l’Université de Leeds et a travaillé sur la diffraction des rayons X.

C’est à l’Université de Leeds que Kathleen s’est fait un nom. Les chimistes discutaient de la structure atomique du benzène depuis des décennies. En 1865, le chimiste August Keuklé a fait un rêve qui comprenait une vision de la structure du benzène. Il a vu des atomes danser et se transformer en un ouroboros – un serpent avalant sa propre queue. Kathleen a reçu des cristaux d’hexaméthylbenzène à étudier et, en 1929, elle a pu prouver de manière concluante que la molécule de benzène est en fait un anneau plat. Il s’agissait d’une réalisation remarquable, d’autant plus que tous les calculs devaient être faits à la main. Et comme si cela ne suffisait pas, Kathleen a également été la première à appliquer les méthodes de Fourier à l’analyse des diagrammes de rayons X en résolvant la structure d’un autre type de benzène, l’hexachlorobenzène.

Structures du benzène à travers l’histoire. De gauche à droite : Claus (1867), Dewar (1867), Ladenburg (1869), Armstrong (1887), Thiele (1899) et Kekulé (1865). Les deux à droite sont utilisés aujourd’hui, puisque Kathleen Lonsdale a prouvé sa structure cyclique en 1929. Image via Wikipedia

Le premier enfant de Kathleen, Jane, est arrivé plus tard la même année. La famille est rapidement retournée à Londres et a eu deux autres enfants en 1931 et 1934 – Nancy et Stephen. Bien que déménager et élever des enfants perturbaient grandement le travail de Kathleen, elle gardait la tête dans le jeu de la cristallographie, faisant des calculs de facteurs de structure à la main chaque fois qu’elle en avait le temps. Bientôt, Sir Bragg a partagé une bonne nouvelle : il avait reçu une allocation pour que Kathleen puisse embaucher une nounou et revenir travailler à la Royal Institution.

Lorsque Kathleen est revenue, il n’y avait pas d’instruments à rayons X à sa disposition. Elle a pu obtenir un grand électro-aimant à la place, alors elle a poursuivi un autre intérêt : déterminer les propriétés magnétiques des composés de type benzène connus sous le nom d’aromatiques. En faisant cela, elle a pu établir la preuve des orbitales moléculaires, mais un autre chimiste, Linus Pauling, l’a battue jusqu’à la publication.

Emprisonné pour ses croyances

Le récit de Kathleen sur son séjour à la prison de Holloway. Image via Wikipédia

En tant qu’adulte, Kathleen a rejeté son éducation baptiste. Elle et Thomas ont rejoint les Quakers, qui sont principalement des pacifistes. Kathleen a refusé de s’inscrire pour le service de guerre pendant la Seconde Guerre mondiale, même si cela était attendu de tout le monde. Elle lui a été infligée une amende de 2 £ qu’elle a également refusée, ce qui lui a valu un mois dans la prison de Holloway.

Kathleen devait nettoyer les sols là-bas et effectuer d’autres tâches, mais les tâches ménagères n’étaient pas trop restrictives – elle réussissait à faire plusieurs heures de travail scientifique la plupart des jours. Son séjour à Holloway l’a profondément touchée et elle s’est ensuite battue pour la réforme pénitentiaire et est devenue une visiteuse bénévole dans les prisons pour femmes.

Vers la fin de son séjour à l’Institution royale, elle a examiné les calculs rénaux et les diamants, à la fois synthétiques et naturels, étudié les réactions à l’état solide et développé la photographie à rayons X à faisceau divergent.

Kathleen s’est également jointe à la lutte pour la paix dans le monde et a reçu de nombreux honneurs et récompenses, dont un titre de Dame en 1956 et une bourse de la Royal Society.

Merci pour l’astuce skookum, [AvE]!