Plutonium (Pu)

Le métal tiède de la bombe de Nagasaki et des sondes spatiales lointaines.

Le plutonium est un métal artificiel produit dans les réacteurs nucléaires à partir de l'uranium. Le plutonium 239, fissile, a servi au premier essai nucléaire de l'histoire et à la bombe de Nagasaki ; il est aujourd'hui recyclé en partie comme combustible (MOX) en France. Son cousin, le plutonium 238, dégage tant de chaleur qu'il alimente en électricité des sondes comme Voyager ou le rover Perseverance. Son isotope le plus stable, le plutonium 244, a une demi-vie de 80 millions d'années.

Numéro atomique: 94
Symbole: Pu
Masse atomique: 244 u
Famille: Actinides
État à 0 °C: Solide
Découverte: 1940, Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan et al.

Origine du nom

De Pluton, astre situé après Neptune.

À quoi il ressemble

Métal argenté qui se ternit en jaune puis en vert olive à l'air. Il est tiède au toucher à cause de sa radioactivité, et un morceau de plutonium 238 peut même rougeoyer de sa propre chaleur. C'est un métal très étrange : il possède six structures cristallines différentes entre la température ambiante et sa fusion, et se contracte quand il chauffe dans certaines d'entre elles.

Où le trouve-t-on ?

Des traces infimes existent dans les minerais d'uranium, où des neutrons transforment l'uranium 238. Pratiquement tout le plutonium terrestre est d'origine humaine : environ 1 % du combustible usé des centrales est du plutonium, et les essais atomiques en ont dispersé quelques tonnes dans l'environnement.

Comment on le produit

Dans un réacteur, l'uranium 238 capture un neutron et se transforme en quelques jours en plutonium 239. Le plutonium est ensuite séparé du combustible usé par retraitement chimique, comme à l'usine de La Hague. Le plutonium 238 est fabriqué à part, en irradiant du neptunium 237.

À quoi sert-il ?

Combustible MOX (mélange uranium–plutonium) pour les centrales nucléaires
Armes nucléaires
Générateurs thermoélectriques à radio-isotope (RTG) des sondes spatiales
Autrefois : piles de stimulateurs cardiaques (plutonium 238)

Au quotidien

Une partie de l'électricité nucléaire française (combustible MOX)
Les images transmises par les rovers martiens Curiosity et Perseverance
Les signaux de Voyager 1 et 2, toujours alimentés par leurs RTG

Rôle dans le vivant

Aucun rôle biologique. S'il est inhalé, il se dépose dans les poumons, puis migre vers les os et le foie, où il reste des décennies.

Dangers

Son danger principal est l'inhalation de fines particules, qui augmente fortement le risque de cancer du poumon ; ingéré, il est en revanche peu absorbé par l'intestin. Contrairement à une idée répandue, ce n'est pas « la substance la plus toxique connue », mais il exige des boîtes à gants étanches. Il pose aussi un risque de criticité : trop de plutonium au même endroit peut déclencher une réaction en chaîne.

Histoire

Fin 1940 et début 1941, Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Joseph Kennedy et Arthur Wahl le produisent à Berkeley en bombardant de l'uranium avec des deutérons dans un cyclotron. Sa découverte reste secrète jusqu'en 1946. Le projet Manhattan construit ensuite d'immenses réacteurs à Hanford pour le produire, menant à l'essai Trinity et à la bombe de Nagasaki en 1945.

Le saviez-vous ?

Seaborg a choisi le symbole « Pu » par plaisanterie, car il évoque en anglais l'onomatopée « pee-yoo » (« ça pue »). Il s'attendait à des protestations qui ne sont jamais venues.
La bombe de Nagasaki contenait environ 6 kg de plutonium, une sphère pas plus grosse qu'un pamplemousse.
Les RTG de Voyager, lancées en 1977, produisent encore de l'électricité près d'un demi-siècle plus tard, à plus de 20 milliards de kilomètres de la Terre.
Le premier composé de plutonium jamais pesé, en 1942 à Chicago, ne faisait qu'environ 3 microgrammes.