Polonium

Le polonium est l'élément chimique de numéro atomique 84 et de symbole Po. C'est un « métal pauvre » radioactif. Seul l'isotope  est présent naturellement, à l'état de traces dans les minerais d'uranium (produit de la désintégration radioactive du radon, et l'un des principaux facteurs d'induction des cancers du poumon dits radio-induits par le radon).

Histoire 

C'est le premier élément découvert par Pierre et Marie Skłodowska-Curie, en , au cours de leurs recherches sur la radioactivité de la pechblende menées à l'École municipale de physique et de chimie industrielles (aujourd'hui ESPCI Paris). Ce n'est que plus tard qu'ils découvrirent le radium. Le mot polonium a été ainsi choisi en hommage aux origines polonaises de Marie Curie, née Maria Skłodowska.

Isotopes 

Le polonium possède , d'une masse atomique variant entre . L'isotope à la durée de vie la plus longue est le  (209Po) avec une demi-vie de , et l’isotope naturellement présent à la durée de vie la plus courte est le  (210Po) avec une demi-vie de .

Propriétés 

Le polonium est un métal pauvre de faible point de fusion (). Il est aussi très volatil et finirait par se sublimer entièrement même à température ambiante. Il perd 50 % de sa masse en  en n'étant chauffé qu'à , peut-être par désagrégation à l'échelle atomique induite par sa très forte activité α, laquelle a d'ailleurs pour effet de le maintenir à température élevée.

Le polonium est assimilé par les organismes vivants en raison de sa chimie similaire à celles du tellure et du bismuth : on a montré que certains micro-organismes sont capables de méthyler le polonium à l'aide de méthylcobalamine, de la même façon qu'elles peuvent méthyler le mercure, le sélénium et le tellure.

C’est un émetteur de rayonnement alpha. Le 210Po a une période radioactive de  et .

Il est généré par la suite de désintégrations qui, partant de l'uranium 238 et passant, entre autres, par le , le  et le , aboutissent au  puis se terminent par le , stable.

Chaîne (principale) de désintégration : 
U α→ Th β→ Pa β→ U α→ Th α→ Ra α→ Rn α→ Po α→ Pb β→ Bi β→ Po α→ Pb β→ Bi β→ Po α→ Pb (stable)

Il se désintègre en émettant des particules alpha dont l’énergie typique est de . Pour comparaison, l’énergie transportée par les rayons du soleil (domaine visible) n’est que de l’ordre de quelques électrons volts (eV). Ces particules alpha sont des rayonnements ionisants de forte énergie capables de générer des dégâts importants lors de leurs interactions avec la matière vivante (cellules, ADN). L’exposition aux rayonnements ionisants augmente les risques de cancer, d’anomalies génétiques, et pourrait avoir de nombreuses conséquences sanitaires autres que les cancers.
Le  présente une très forte activité spécifique, de . Un seul gramme de 210Po pur est donc le siège de 1,66×1014 désintégrations par seconde, et émet donc des particules α au même rythme que  de  ou  d’.

Élément radioactif naturellement présent dans l’environnement et la chaîne alimentaire, le  est présent en quantité infinitésimale (en masse) dans l’écorce terrestre. Mais compte tenu de sa très forte radioactivité, les résultats exprimés en becquerels par kilogramme de sol ne sont pas négligeables.

La radioactivité du  est tellement élevée qu’il dégage une importante chaleur ( par gramme). Ainsi, selon l aux États-Unis, la température d’une capsule contenant environ un demi-gramme de  peut dépasser . Cette propriété a été utilisée pour développer des générateurs thermo-électriques légers utilisés par exemple dans le domaine spatial comme source d’énergie pour les satellites.

Production 
Dix grammes d'uranium ne peuvent produire qu'un milliardième de gramme de polonium. Sa production nécessite un réacteur nucléaire d'un type particulier, capable d'irradier du bismuth avec des neutrons. Seuls les pays nucléaires disposent du savoir-faire et des équipements nécessaires à sa fabrication.

La production annuelle est estimée à un maximum de , en Russie pour la plus grande part.

Utilisations 

 Source alpha.
 Source de neutrons, en mélange avec le béryllium : ce dernier émet un neutron lors de l'absorption d'une particule alpha, produite par le 210Po. Ce système est utilisé comme source primaire au démarrage des réacteurs nucléaires, comme détonateur dans les premières bombes nucléaires ou dans le domaine spatial comme source d’énergie pour les satellites.
 Le  est également utilisé dans les applications antistatiques, telles que les certaines brosses pour matériels sensibles à l'électricité statique, bien que les sources β soient généralement préférées car nettement moins dangereuses.
 Source de chaleur. Le  dégage  par gramme. Ainsi, selon l' aux États-Unis, la température d’une capsule contenant environ un demi-gramme de  peut dépasser . Cette propriété a été utilisée pour développer des générateurs thermoélectriques légers utilisés par exemple dans le domaine spatial comme source d’énergie pour les satellites et de robots d'exploration planétaires, tels que les Lunokhod soviétiques.

Intoxication au polonium 
Le polonium est un élément hautement radioactif et toxique. Même pour de faibles quantités (quelques microgrammes), la manipulation de Po est très dangereuse et nécessite un équipement spécial et des procédures strictes. Absorbé dans les tissus, il provoque des dommages directs par émission de particules alpha. L'absorption de  est suffisante pour provoquer la mort.

L’activité maximale admissible pour du polonium ingéré est seulement de , soit l’équivalent à 6,6×10 gramme. À masse identique, le polonium est environ 10 fois plus toxique que le cyanure de sodium ou le cyanure de potassium.

L'intoxication au polonium a été suspectée comme cause du décès de Yasser Arafat, à la suite d'analyses réalisées par des experts suisses. Leurs résultats montraient une concentration plus élevée qu'attendue de cette substance dans les restes de l'homme d'État, tout en atteignant des seuils qui ne permettent pas de conclure définitivement. En revanche des analyses réalisées à la demande de la justice française ont écarté l'hypothèse d'un empoisonnement.

L'espion russe Alexandre Litvinenko a été assassiné par empoisonnement avec cette substance en 2006. La quantité de  qui lui aurait été « administrée » était probablement très élevée, puisqu’elle a conduit à son décès en trois semaines. En utilisant des données toxicologiques sur les animaux de laboratoire, on peut imaginer qu’il s’agissait de quelques microgrammes de . Le coût de la dose de  qui aurait tué ce dernier est estimé à  de dollars US par le .

Présence dans le tabac 
Du fait de l’utilisation d’engrais à base d'apatites, le tabac contient du Po. La fumée inhalée ou exhalée par les fumeurs contient une proportion infime mais déjà potentiellement dangereuse de polonium, de l'ordre de  (micro Sv) par cigarette.

On estime qu'un pour cent des cancers du poumon aux États-Unis est causé par le , du fait de l'effet des faibles doses d'irradiation cumulées par les fumeurs. Cette estimation repose cependant sur une extrapolation aux faibles doses, dont l'impact réel est très mal connu, de l'effet des fortes doses par une modélisation linéaire sans seuil.

À la suite de la découverte du polonium dans la fumée de cigarettes au début des années 1960, les grands fabricants américains se sont penchés sur des méthodes susceptibles de réduire les quantités présentes, allant dans le cas de Philip Morris jusqu'à développer le premier laboratoire capable de mesurer de façon fiable les doses libérées. En dépit de résultats internes favorables indiquant que la présence de polonium était deux à trois fois inférieure aux premières estimations, la décision fut prise par les avocats de la compagnie de ne pas publier cette information, le risque en termes de relations publiques et de procès étant perçu comme très supérieur aux bénéfices d'une telle annonce. En outre, les diverses tentatives menées par les compagnies pour diminuer la présence du polonium dans les plants se révélaient insatisfaisantes. Communiquer sur ce sujet risquait, selon ces responsables, de « réveiller un géant endormi » en générant une nouvelle controverse.

Notes et références

Notes

Références

Sources 
  Bruno Chareyron, Note CRIIRAD  / Polonium 210 / Affaire Litvi nenko, CRIIRAD, Valence, .

Voir aussi

Articles connexes 
 Polonium 210, roman de la série SAS (), de Gérard de Villiers.

Liens externes 
 Dossier Polonium 210 de la CRIIRAD.
 , avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope.