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ELM Élément n° 94 sur 118

Plutonium (Pu)

Le plutonium est un métal radioactif presque absent de la nature en quantités significatives. Produit notamment dans les réacteurs nucléaires, certains de ses isotopes fournissent de l’énergie aux sondes spatiales ou entrent dans des combustibles nucléaires.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du plutonium

Numéro atomique (Z)
94
Symbole
Pu
Masse (isotope le plus stable)
244,0642 u
Masse molaire
244,0642 g/mol
Famille
Actinides
Période · groupe · bloc
7 · aucun (bloc f) · f
Configuration électronique
[Rn] 7s² 5f⁶
État à 20 °C
solide
Température de fusion
639,85 °C (913 K)
Température d’ébullition
3 227,85 °C (3 501 K)
Masse volumique
19,84 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
1,28
Rayon atomique (van der Waals)
243 pm
1re énergie d’ionisation
6,06 eV
Affinité électronique
non mesuré
États d’oxydation
+6, +5, +4, +3
Découverte
1940, par Edwin McMillan, Glenn Seaborg, Arthur Wahl, Joseph W. Kennedy
Nom tiré de
Pluton
Numéro CAS
7440-07-5

Plutonium n’a pas d’isotope stable présent dans la nature : la masse indiquée est celle de son isotope le plus stable.

Plutonium : période 7, ligne des actinides, famille des actinides.
Pu
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 32 · 24 · 8 · 2

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.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du plutonium ?

Le plutonium n’a pas de masse atomique standard, faute d’isotope stable présent dans la nature. On retient la masse de son isotope le plus stable, 244,0642 u, soit environ 244,0642 g/mol.

Quel est le numéro atomique du plutonium ?

Le numéro atomique du plutonium est 94 : son noyau compte 94 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Pu.

Quelle est la configuration électronique du plutonium ?

La configuration électronique du plutonium est [Rn] 7s² 5f⁶, soit 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le plutonium appartient au bloc f du tableau périodique.

Le plutonium existe-t-il naturellement ?

La fiche d’identité indique qu’aucun isotope du plutonium n’est présent naturellement en quantité mesurable. La Société chimique de France signale toutefois des traces infimes dans certains milieux naturels. En pratique, le plutonium étudié ou utilisé provient surtout d’une production artificielle, notamment dans les réacteurs nucléaires.

La masse du plutonium est-elle toujours de 244,0642 u ?

Non. Cette valeur correspond au nombre de masse de l’isotope le plus stable retenu dans la fiche, et non à une masse atomique standard applicable à tous les atomes de plutonium. Les isotopes ont des nombres de neutrons différents et donc des masses différentes. Le plutonium-238 et le plutonium-239, par exemple, ne sont pas interchangeables.

Le plutonium-238 et le plutonium-239 ont-ils le même usage ?

Non. Le plutonium-238 est notamment employé comme source de chaleur dans les générateurs qui alimentent certains engins spatiaux. Le plutonium-239 est fissile et peut servir dans certains combustibles nucléaires ; il est aussi associé aux armes nucléaires. Leurs usages reposent sur des propriétés nucléaires différentes.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.