Lawrence Bragg

Premières annéesEdit

Bragg est né à Adélaïde, en Australie-Méridionale, de Sir William Henry Bragg (1862-1942), professeur aîné de mathématiques et de physique à l’université d’Adélaïde, et de Gwendoline (1869-1929), fille de Sir Charles Todd, astronome du gouvernement d’Australie-Méridionale.

Il montre très tôt un intérêt pour les sciences et les mathématiques. Peu après avoir commencé l’école, il est tombé de son tricycle et s’est cassé le bras. Son père, qui avait lu les expériences de Röntgen en Europe et réalisait ses propres expériences, a utilisé les rayons X nouvellement découverts et son matériel expérimental pour examiner le bras cassé. Il s’agit de la première utilisation chirurgicale enregistrée des rayons X en Australie.

En 1900, Bragg était étudiant à la Queen’s School, North Adelaide, suivie de cinq années au St Peter’s College, Adelaide. Il est entré à l’université d’Adélaïde à l’âge de 16 ans pour étudier les mathématiques, la chimie et la physique, et a obtenu son diplôme en 1908. La même année, son père accepte la chaire Cavendish de physique à l’université de Leeds et fait venir la famille en Angleterre. Bragg entre au Trinity College de Cambridge à l’automne 1909 et reçoit une bourse importante en mathématiques, même s’il passe l’examen alors qu’il est alité pour une pneumonie. Après avoir d’abord excellé en mathématiques, il passe au cours de physique dans les dernières années de ses études, et obtient son diplôme avec mention très bien en 1911. En 1914, Bragg a été élu membre du Trinity College – une bourse dans un collège de Cambridge implique la soumission et la défense d’une thèse.

Parmi les autres intérêts de Bragg, il y avait la collection de coquillages ; sa collection personnelle s’élevait à des spécimens de quelque 500 espèces ; tous collectés personnellement en Australie du Sud. Il a découvert une nouvelle espèce de seiche – Sepia braggi, nommée pour lui par Joseph Verco.

CarrièreEdit

Les rayons X et l’équation de BraggEdit

La composition des rayons X était inconnue, son père soutenait que les rayons X sont des flux de particules, d’autres soutenaient que ce sont des ondes. Max von Laue a dirigé un faisceau de rayons X vers un cristal devant une plaque photographique ; à côté du point où le faisceau a frappé, il y avait des points supplémentaires provenant de rayons déviés – donc les rayons X sont des ondes. En 1912, alors qu’il était étudiant en première année de recherche à Cambridge, W. L. Bragg, qui se promenait au bord de la rivière, eut l’intuition que les cristaux constitués de feuilles parallèles d’atomes ne diffracteraient pas les faisceaux de rayons X qui frappaient leur surface à la plupart des angles, car les rayons X déviés par les collisions avec les atomes seraient déphasés et s’annuleraient mutuellement. Cependant, lorsque le faisceau de rayons X frappait à un angle tel que les distances qu’il passait entre les feuilles atomiques du cristal étaient égales à la longueur d’onde du rayon X, les rayons déviés étaient en phase et produisaient une tache sur un film voisin. A partir de cette intuition, il a écrit la simple équation de Bragg qui relie la longueur d’onde des rayons X et la distance entre les feuilles atomiques dans un cristal simple aux angles auxquels un faisceau de rayons X incident serait réfléchi.

Son père a construit un appareil dans lequel un cristal pouvait être tourné à des angles précis tout en mesurant l’énergie des réflexions. Cela a permis au père et au fils de mesurer les distances entre les feuillets atomiques dans un certain nombre de cristaux simples. Ils calculèrent l’espacement des atomes à partir du poids du cristal et de la constante d’Avogadro, ce qui leur permit de mesurer les longueurs d’onde des rayons X produits par différentes cibles métalliques dans les tubes à rayons X. W. H. Bragg a rapporté leurs résultats lors de réunions et dans un article, donnant le crédit à « son fils » (non nommé) pour l’équation, mais pas en tant que coauteur, ce qui a donné à son fils « quelques maux de cœur », qu’il n’a jamais surmontés.

Travail sur la télémétrie sonoreModifié

Bragg a été commissionné au début de la Première Guerre mondiale dans la Royal Horse Artillery en tant que sous-lieutenant de la batterie du Leicestershire. En 1915, il est détaché auprès du Royal Engineers pour développer une méthode permettant de localiser l’artillerie ennemie à partir du boom de leurs tirs. Le 2 septembre 1915, son frère est tué pendant la campagne de Gallipoli. Peu après, lui et son père reçoivent le prix Nobel de physique. Il avait 25 ans et reste le plus jeune lauréat scientifique. Le problème de la télémétrie sonore était que les canons lourds émettaient des boums à une fréquence trop basse pour être détectée par un microphone. Après des mois d’échecs frustrants, lui et son groupe ont conçu un détecteur d’ondes aériennes à fil chaud qui a résolu le problème. Dans ce travail, il a été aidé par Charles Galton Darwin, William Sansome Tucker, Harold Roper Robinson et Henry Harold Hemming. La télémétrie sonore britannique était très efficace ; il y avait une unité dans chaque armée britannique et leur système a été adopté par les Américains lorsqu’ils sont entrés en guerre. Pour son travail pendant la guerre, il a été décoré de la Croix militaire et nommé Officier de l’Ordre de l’Empire britannique. Il a également été cité à l’ordre du jour le 16 juin 1916, le 4 janvier 1917 et le 7 juillet 1919.

La télémétrie sonore à fil chaud a été utilisée pendant la Seconde Guerre mondiale au cours de laquelle il a servi comme conseiller civil.

Entre les deux guerres, de 1919 à 1937, il a travaillé à l’université Victoria de Manchester comme professeur de physique Langworthy. Il devient le directeur du National Physical Laboratory de Teddington en 1937.

Après la Seconde Guerre mondiale, Bragg retourne à Cambridge, divisant le Cavendish Laboratory en groupes de recherche. Il pensait que « l’unité de recherche idéale est une unité de six à douze scientifiques et quelques assistants ».

Université de Manchester (1919-1937)Edit

Lorsqu’il fut démobilisé, il retourna à la cristallographie à Cambridge. Ils avaient convenu que le père étudierait les cristaux organiques, le fils les composés inorganiques. En 1919, lorsqu’Ernest Rutherford, un ami de longue date de la famille, déménage à Cambridge, Lawrence Bragg le remplace comme professeur de physique Langworthy à l’université Victoria de Manchester. Il recrute un excellent corps professoral, dont d’anciens gardes du son, mais il estime que ses connaissances en physique sont faibles et qu’il n’a aucune expérience de la classe. Les étudiants, dont beaucoup d’anciens combattants, étaient critiques et turbulents. Il est profondément ébranlé mais, avec le soutien de sa famille, il se ressaisit et l’emporte. Avec R. W. James, il mesure l’énergie absolue des rayons X réfléchis, ce qui valide une formule élaborée par C. G. Darwin avant la guerre. Ils peuvent maintenant déterminer le nombre d’électrons dans les cibles réfléchissantes et déchiffrer la structure de cristaux plus complexes comme les silicates. La tâche reste difficile : il faut deviner et réessayer à plusieurs reprises. À la fin des années 1920, ils ont facilité l’analyse en utilisant des transformées de Fourier sur les données.

En 1930, il est profondément perturbé alors qu’il soupèse une offre d’emploi de l’Imperial College de Londres. Sa famille se rallia à lui et il retrouva son équilibre alors qu’ils passèrent 1931 à Munich, où il fit des recherches.

Laboratoire national de physique (1937-1938)Edit

Il devint directeur du Laboratoire national de physique à Teddington en 1937, amenant avec lui quelques collaborateurs. Cependant, l’administration et les comités lui prennent une grande partie de son temps loin de la paillasse.

Université de Cambridge (1938-1954)Edit

Rutherford meurt et le comité de recherche nomme Lawrence Bragg comme le prochain de la lignée des professeurs Cavendish qui dirigent le laboratoire Cavendish. Le Laboratoire avait une histoire éminente en physique atomique et certains membres se méfiaient d’un cristallographe, ce que Bragg surmonta par une administration impartiale. Il travaille à améliorer l’interprétation des diagrammes de diffraction. Dans le petit groupe de cristallographie se trouvait un étudiant réfugié sans mentor : Max Perutz. Il montre à Bragg les données de diffraction des rayons X de l’hémoglobine, qui suggèrent que la structure des molécules biologiques géantes pourrait être déchiffrée. Bragg nomme Perutz comme assistant de recherche et, quelques mois plus tard, obtient un soutien supplémentaire grâce à une bourse de la Fondation Rockefeller. Le travail fut suspendu pendant la Seconde Guerre mondiale lorsque Perutz fut interné comme étranger ennemi et travailla ensuite dans la recherche militaire.

Pendant la guerre, le Cavendish offrit un cours supérieur raccourci qui mettait l’accent sur l’électronique nécessaire au radar. Bragg a travaillé sur la structure des métaux et a été consulté sur le sonar et la télémétrie sonore, ils utilisaient encore le microphone Tucker. Il devient Sir Lawrence en 1941. Son père meurt en 1942, période pendant laquelle Bragg sert pendant six mois comme officier de liaison scientifique au Canada. Il organisa des conférences périodiques sur l’analyse par rayons X, qui fut largement utilisée dans la recherche militaire.

Après la guerre, il dirigea la formation de l’Union internationale de cristallographie et fut élu son premier président. Il réorganise le Cavendish en unités pour refléter sa conviction que « l’unité de recherche idéale est une unité de six à douze scientifiques et quelques assistants, aidés par un ou plusieurs mécaniciens d’instruments de première classe et un atelier dans lequel la série générale d’appareils peut être construite. » Les membres du personnel supérieur disposent désormais de bureaux, de téléphones et d’un service de secrétariat. Le champ d’action du département s’élargit avec une nouvelle unité de radioastronomie. Son propre travail se concentre sur la structure des métaux, en utilisant à la fois les rayons X et le microscope électronique. En 1947, il persuade le Medical Research Council (MRC) de soutenir ce qu’il décrit comme une « tentative courageuse » de déterminer la structure des protéines en créant le Laboratory of Molecular Biology, initialement composé de Perutz, John Kendrew et deux assistants. Bragg travaille avec eux et, en 1960, ils ont résolu la structure de la myoglobine au niveau atomique. Après cela, il est moins impliqué ; leur analyse de l’hémoglobine est plus facile après avoir incorporé deux atomes de mercure comme marqueurs dans chaque molécule. Le premier triomphe monumental du MRC est le décodage de la structure de l’ADN par James Watson et Francis Crick. Bragg annonce la découverte lors d’une conférence Solvay sur les protéines en Belgique le 8 avril 1953, mais la presse n’en parle pas. Il donne ensuite une conférence à la Guy’s Hospital Medical School de Londres le jeudi 14 mai 1953, qui donne lieu à un article de Ritchie Calder dans le News Chronicle de Londres du vendredi 15 mai 1953, intitulé « Why You Are You. Nearer Secret of Life ». Bragg propose la candidature de Crick, Watson et Maurice Wilkins pour le prix Nobel de physiologie ou de médecine de 1962 ; la part de Wilkins reconnaît la contribution des cristallographes à rayons X du King’s College de Londres. Parmi eux se trouvait Rosalind Franklin, dont la « photographie 51 » a montré que l’ADN était une double hélice, et non la triple hélice que Linus Pauling avait proposée. Franklin mourut avant que le prix (qui n’est attribué qu’à des personnes vivantes) ne soit décerné.

La Royal Institution (1954-1971)Edit

En 1953, les Braggs s’installèrent dans l’élégant appartement du professeur résident de la Royal Institution de Londres, poste que son père avait occupé à sa mort. En 1934 et 1961, Lawrence avait prononcé la conférence de Noël de la Royal Institution et, depuis 1938, il était professeur de philosophie naturelle au sein de l’institution et prononçait une conférence annuelle. Les successeurs de son père avaient affaibli l’Institution, Bragg devait donc la reconstruire. Il a renforcé les finances en faisant appel à des entreprises sponsors, les traditionnels discours du vendredi soir étaient suivis d’un dîner pour l’orateur et des mécènes potentiels soigneusement sélectionnés, plus de 120 chaque année. « Deux de ces discours en 1965 lui ont fait particulièrement plaisir. Le 7 mai, Lady Bragg, qui avait été membre de la Commission royale sur le mariage et le divorce (1951-55) et qui était présidente du Conseil national d’orientation du mariage, a donné une conférence sur le thème « Changing patterns in marriage and divorce » ; et le 15 novembre, Bragg a écouté avec une fierté évidente le discours sur les « oscillations et le bruit dans les moteurs à réaction » donné par son fils ingénieur Stephen, qui était alors chef scientifique chez Rolls Royce Ltd et qui est devenu plus tard vice-chancelier de l’Université Brunel. Il a également mis en place un programme de conférences scolaires très appréciées, animées par les démonstrations élaborées qui étaient la marque de fabrique de l’institution. Il a donné trois de ces conférences sur « l’électricité ».

Il a poursuivi la recherche dans l’Institution en recrutant un petit groupe pour travailler dans le laboratoire Davy-Faraday au sous-sol et dans la maison attenante, soutenu par des subventions qu’il a obtenues. Un visiteur du laboratoire réussit à insérer des métaux lourds dans l’enzyme lysozyme ; la structure de son cristal est résolue en 1965 à la Royal Institution par D. C. Phillips et ses collaborateurs, les calculs sur les 9 040 réflexions étant effectués sur l’ordinateur numérique de l’Université de Londres, ce qui facilite grandement le travail. Deux des illustrations du positionnement des acides aminés dans la chaîne ont été dessinées par Bragg. Contrairement à la myoglobine, dans laquelle près de 80 % des résidus d’acides aminés sont dans la conformation de l’hélice alpha, dans le lysozyme, la teneur en hélice alpha n’est que d’environ 40 % des résidus d’acides aminés que l’on trouve dans quatre tronçons principaux. Les autres tronçons sont de l’hélice 310, une conformation qu’ils avaient proposée auparavant. Dans cette conformation, un peptide sur trois est lié par une liaison hydrogène au premier peptide, formant ainsi un anneau de dix atomes. Ils ont obtenu la structure complète d’une enzyme à temps pour le 75e anniversaire de Bragg. Il est devenu professeur émérite en 1966.

L’analyse par rayons X de la structure des protéines a prospéré dans les années suivantes, déterminant les structures de dizaines de protéines dans les laboratoires du monde entier. Vingt-huit prix Nobel ont été attribués pour des travaux utilisant l’analyse par rayons X. L’inconvénient de cette méthode est qu’elle doit être effectuée sur des cristaux, ce qui empêche de voir les changements de forme lorsque les enzymes se lient à des substrats ou autres. Ce problème a été résolu par le développement d’une autre ligne que Bragg avait initiée, utilisant des microscopes électroniques modifiés pour imager des molécules uniques congelées : la cryo-microscopie électronique.

Dans sa longue association avec la Royal Institution, il était :

• Professeur de philosophie naturelle, 1938-1953
• Professeur fullerien de chimie, 1954-1966
• Superintendant de la Chambre, 1954-1966
• Directeur du laboratoire de recherche Davy-Faraday, 1954-1966
• Directeur de la Royal Institution, 1965-1966
• Professeur émérite, 1966-1971

Vie personnelleEdit

En 1921, il épouse Alice Hopkinson (1899-1989), cousine d’un ami tué à la guerre. Ils ont eu quatre enfants, l’ingénieur Stephen Lawrence (1923-2014), David William (1926-2005), Margaret Alice, née en 1931, (qui a épousé le diplomate Mark Heath) et Patience Mary, née en 1935. Alice a fait partie du personnel de la Withington Girls’ School jusqu’à ce que Bragg soit nommé directeur du National Physical Laboratory en 1937. Elle était active dans un certain nombre d’organismes publics et a été maire de Cambridge de 1945 à 1946.

Les loisirs de Bragg comprenaient le dessin – les lettres familiales étaient illustrées de croquis vivants – la peinture, la littérature et un intérêt de longue date pour le jardinage. Lorsqu’il a déménagé à Londres, la présence d’un jardin lui manquait et il a donc travaillé comme jardinier à temps partiel, sans être reconnu par son employeur, jusqu’à ce qu’un invité de la maison s’étonne de le voir là. Il est mort dans un hôpital proche de sa maison de Waldringfield, Ipswich, Suffolk. Il a été enterré au Trinity College, à Cambridge ; son fils David est enterré dans le cimetière de la paroisse de l’Ascension à Cambridge, où est également enterré l’ami de Bragg, qui, s’il avait survécu, aurait été son beau-frère, Rudolph Cecil Hopkinson.

En août 2013, un parent de Bragg, le radiodiffuseur Melvyn Bragg, a présenté une émission de la BBC Radio 4 ( » Bragg on the Braggs « ) sur les lauréats du prix Nobel de physique de 1915.