Les actinides

Les actinides occupent la seconde ligne placée sous le tableau périodique, sous les lanthanides. Ils comprennent les éléments les plus célèbres de l’ère nucléaire, l’uranium et le plutonium, et une série d’éléments synthétiques découverts entre 1940 et 1961, souvent dans le plus grand secret. Tous sont radioactifs.

La liste des actinides

Seuls l'actinium, le thorium, le protactinium et l'uranium existent en quantité notable dans la nature, dans les minerais. Le neptunium et le plutonium y apparaissent à l’état de traces infimes. Tous les autres sont exclusivement synthétiques.

Une famille à part

Comme les lanthanides, les actinides remplissent une sous-couche interne, ici la 5f. Mais leurs électrons 5f sont moins enfouis que les électrons 4f des lanthanides : les premiers actinides (thorium à plutonium) présentent une chimie très variée, avec de nombreux états d’oxydation, de +3 à +7 pour le neptunium et le plutonium. À partir de l’américium, le comportement se rapproche de celui des lanthanides, avec un état +3 dominant.

C’est le chimiste américain Glenn T. Seaborg qui propose en 1944-1945 de regrouper ces éléments dans une série à part, sur le modèle des lanthanides. Cette idée, d’abord jugée audacieuse, lui permet de prévoir les propriétés chimiques de l’américium et du curium et de les découvrir. Elle a fixé la forme moderne du tableau périodique. Seaborg reçoit le prix Nobel de chimie en 1951 ; l’élément 106, le seaborgium, porte son nom de son vivant (voir éléments superlourds).

Les actinides sont des métaux denses et réactifs, qui s’oxydent à l’air ; plusieurs sont pyrophoriques sous forme de poudre. Leur radioactivité dégage de la chaleur et endommage leur propre structure cristalline.

Comment fabrique-t-on les transuraniens ?

Les transuraniens sont produits de trois façons :

1. En réacteur nucléaire, par captures successives de neutrons sur l’uranium : on obtient neptunium, plutonium, américium, curium, et en réacteur à haut flux jusqu’au californium.
2. Dans les explosions thermonucléaires : l’einsteinium et le fermium ont été identifiés dans les débris de la première bombe H américaine, Ivy Mike, en 1952, où l’uranium avait capturé en un instant jusqu’à 17 neutrons. Leur découverte est restée secrète jusqu’en 1955.
3. En accélérateur, en bombardant des cibles d’actinides avec des ions légers : c’est ainsi qu’ont été obtenus le mendélévium, le nobélium et le lawrencium, atome par atome.

Plus le numéro atomique augmente, plus les périodes radioactives raccourcissent et plus les quantités produites diminuent : on fabrique des tonnes de plutonium, des grammes de californium, et seulement quelques atomes de lawrencium.

Usages

Les détecteurs de fumée à l’américium ont équipé des centaines de millions de foyers ; ils sont désormais remplacés en France par des détecteurs optiques, et les anciens appareils doivent être rapportés pour être traités comme des déchets radioactifs.

Déchets et actinides mineurs

Le combustible usé des centrales contient, outre l’uranium et le plutonium, des actinides mineurs (neptunium, américium, curium). Bien que présents en faible quantité, ils sont responsables d’une grande partie de la radiotoxicité des déchets à long terme. Des recherches portent sur leur transmutation en éléments à vie plus courte dans des réacteurs à neutrons rapides ou des systèmes pilotés par accélérateur.

Toxicité

Tous les actinides sont radioactifs ; la plupart émettent des particules alpha, peu pénétrantes mais très dangereuses une fois inhalées ou ingérées. Ils se fixent principalement dans les os et le foie. Les plus lourds sont si rares et si instables que leur toxicité n’a pas d’importance pratique.

Questions fréquentes

Quelle différence entre actinides et lanthanides ?

Les lanthanides remplissent la sous-couche 4f, les actinides la sous-couche 5f. Les lanthanides ont presque tous des isotopes stables, alors que tous les actinides sont radioactifs.

Pourquoi les actinides sont-ils placés sous le tableau périodique ?

Pour que le tableau reste lisible : les insérer dans la septième ligne le rendrait deux fois plus large. Ils appartiennent bien à la période 7, entre le radium et le rutherfordium.

Y a-t-il des actinides à la maison ?

Parfois : certains détecteurs de fumée anciens contiennent une minuscule source d’américium 241, sans danger tant que l’appareil n’est pas démonté.