Le plutonium, de symbole Pu et de numéro atomique 94, est un métal radioactif de la famille des actinides. Son numéro atomique indique qu’un atome neutre possède 94 protons et, en général, 94 électrons. La valeur de 244,0642 u affichée pour sa masse correspond au nombre de masse de l’isotope le plus stable retenu dans cette fiche, et non à une masse atomique standard représentative d’un mélange naturel : il n’existe pas de plutonium naturel en quantité mesurable selon les données de la fiche. La Société chimique de France signale néanmoins des traces infimes dans certains milieux naturels.
Où trouve-t-on le plutonium et comment est-il produit ?
Le plutonium est un élément transuranien : il se situe au-delà de l’uranium dans le tableau périodique. Comme les autres éléments de la famille des actinides, il est radioactif. La Société chimique de France indique que le plutonium se forme principalement dans les réacteurs nucléaires, où des noyaux d’uranium capturent des neutrons et se transforment au fil de réactions nucléaires en plutonium-239. Celui-ci peut ensuite être séparé du combustible usé par retraitement.
Le procédé PUREX est une méthode chimique industrielle qui sépare notamment l’uranium et le plutonium du combustible nucléaire usé. Ces matières peuvent être réutilisées sous forme de combustible MOX, un mélange d’oxydes d’uranium et de plutonium. Ce recyclage ne rend pas le plutonium inoffensif : sa manipulation et son emploi sont encadrés en raison des risques liés à sa radioactivité et à ses propriétés nucléaires. La Société chimique de France décrit à la fois sa production dans les réacteurs et la fabrication du MOX.
À quoi servent ses isotopes ?
Les propriétés du plutonium varient selon l’isotope, c’est-à-dire la forme de l’élément qui possède un nombre donné de neutrons. Le plutonium-238 dégage de la chaleur en se désintégrant. Dans un générateur thermoélectrique à radio-isotopes, cette chaleur est convertie en électricité pour alimenter des engins spatiaux éloignés du Soleil, lorsque l’énergie solaire est peu adaptée. La NASA mentionne le plutonium-238 parmi les sources d’énergie utilisées pour l’exploration spatiale ; le Jefferson Lab cite également les sondes Galileo et Cassini.
Le plutonium-239, lui, peut subir la fission : son noyau se scinde après avoir capturé un neutron et libère de l’énergie ainsi que d’autres neutrons. Dans des conditions adaptées, ces neutrons peuvent déclencher de nouvelles fissions. Cette réaction en chaîne explique son emploi dans certaines armes nucléaires et son rôle possible dans des combustibles de réacteurs. Ce sont des usages très différents, qui dépendent de l’isotope, de sa forme chimique et du dispositif où il est utilisé.
Pourquoi faut-il le manipuler avec précaution ?
La radioactivité du plutonium expose à des risques qui dépendent notamment de l’isotope et de la façon dont la matière entre en contact avec le corps. L’inhalation ou l’ingestion de particules constitue une voie d’exposition particulièrement préoccupante : le rayonnement alpha, peu pénétrant à l’extérieur du corps, peut endommager les tissus si une matière qui en émet se trouve à l’intérieur. La toxicité chimique du métal s’ajoute à ce danger radiologique. Le plutonium n’a donc pas d’usage courant domestique ; sa production, son transport et son emploi relèvent d’installations et de contrôles spécialisés.
Le nom de l’élément fait référence à Pluton. Il a été découvert en 1940 par Edwin McMillan, Glenn Seaborg, Arthur Wahl et Joseph W. Kennedy, selon la fiche du Laboratoire national de Los Alamos. Sa place après l’uranium et le neptunium dans la série des actinides éclaire son contexte nucléaire, mais ne suffit pas à prédire à elle seule le comportement d’un échantillon : celui-ci dépend aussi de sa composition isotopique et de sa forme chimique.