イレーヌは1950年代、数度にわたり科学アカデミーの委員に立候補した。これは、かつて母のマリーが立候補し、そして落選した地位であった。イレーヌはあいさつ回りなどもしたが、結果的に落選し、委員になることはできなかった。さらに、アメリカ化学学会にも入会を申し込んだが拒否された。イレーヌはオルセーに新しい研究所を造ることに決めた。さらに、ソルボンヌとラジウム研究所での講義も続けた。体調は、肺結核こそ改善したものの、長年の放射能研究により、つねに疲労を感じ、見た目にも顔色の悪さが現れてきた。1955年、イレーヌはフレデリックとの共同論文を書いた後、年末にクールシュヴェルへ出かけた。クールシュヴェルでは娘のエレーヌとその夫、息子のピエールらと過ごしたが、やがて体調が悪くなり、自宅のあるアントニーに戻り、そのままラジウム研究所近くのキュリー病院に入院した。イレーヌは急性白血病と診断された。入院後、イレーヌは徐々に衰弱していった。また夫のフレデリックもこのとき体調が悪化しており、病院に見舞いに来ても、長い時間とどまることはできなかった。イレーヌは病院で古くからの友人に、「死ぬことは怖くないわ。こんなに夢中で送った人生だもの!」と言った。そして1956年3月17日、白血病により58歳の生涯を終えた。イレーヌは国葬により葬られた。また、イレーヌの死の2年後には、フレデリックも肝臓病により死亡した。

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