Construit pour l'exposition universelle de Bruxelles de 1958 et conçu par l'ingénieur André Waterkeyn, l'Atomium représente un cristal de fer (système cubique centré) agrandi 165 milliards de fois.
L'Atomium, qui mesure 103 mètres de haut, est soutenu à sa base par trois pylônes pesant 110 tonnes chacun. Il est constitué par une charpente verticale supportant neuf sphères. Chaque sphère, revêtue de métal brillant, fait 18 mètres de diamètre. La communication entre les sphères est assurée par des tubes contenant des escalators parmi les plus longs d'Europe et pouvant atteindre 35 mètres. Un ascenseur ultra-rapide permet aux visiteurs d'atteindre le sommet de l'Atomium et leur offre une vue splendide sur Bruxelles.
Six sphères sur neuf sont ouvertes au public. Chaque sphère est aménagée en vue d'accueillir une exposition ou de présenter un thème différent. L'une d'entre-elles propose notamment une exposition permanente sur les années cinquante, et une autre est spécialement agencée pour admettre, en toute sécurité, des groupes d'écoliers. Un restaurant permet aux touristes de goûter aux spécialités bruxelloises entre deux visites.
A l'origine, André Waterkeyn avait imaginé une version inversée de la Tour Eiffel, mais le concept de l'Atomium symbolise davantage la préoccupation dominante de l'époque, à savoir la confrontation de l'Homme à la Science. C'est donc l'Atomium qui est construit.
Mis en place pour une période de six mois, le succès est tel, que les autorités décident de le conserver. Il devient ainsi l'un des symboles de la capitale belge, au même titre que le Manneken Pis.
Il faudra attendre les années 90 pour que les spécialistes préconisent sa rénovation, le revêtement extérieur ayant perdu de son éclat, et le mobilier, ainsi que la décoration intérieure, étant devenus désuets.
Après maints pourparlers, la rénovation est finalement décidée en 2001. Mais, les travaux ne débuteront qu'en mars 2004 et ne prendront fin qu'en février 2006. Des changements considérables sont apportés à la structure originelle : les feuilles et plaques d'aluminium recouvrant les sphères sont remplacées par un revêtement en acier inoxydable. Par ailleurs, un restaurant ouvre ses portes.
L'Atomium célèbre ses 50 ans d'existence en 2008. Diverses manifestations sont prévues pour fêter dignement cet évènement.
L'album intitulé Laundenum (1999) du duo Stars of the Lid cite l'Atomium dans ses trois premiers titres. C'est également le cas de la chanson Headhunter du groupe Front 242.
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