Le 25 août 2012 , à environ 18 milliards de kilomètres du soleil, la sonde de la NASA Voyager 1 a quitté l' héliosphère , allant hardiment là où aucun objet n'était allé auparavant. En franchissant cette frontière, Voyager 1 a voyagé au-delà du système solaire et est entré dans l' espace interstellaire , une première historique.
Regardez la rangée du bas d'un tableau périodique (traditionnel) et vous trouverez l'élément qui a rendu cette aventure cosmique possible : le plutonium.
Qu'est-ce que le plutonium ?
Identifié pour la première fois dans les années 1940, le plutonium a été utilisé à des fins à la fois créatives et destructives. Le regretté physicien John Goffman a appelé un jour le plutonium « l'élément du seigneur de l'enfer ». Un linguiste pourrait être enclin à être d'accord.
Mais d'abord un peu plus sur cet élément. Chaque atome de plutonium contient 94 protons. En revanche, il n'y a que 92 protons par atome d' uranium et 93 dans chaque atome de neptunium.
Étant donné que ces deux éléments ont tous deux été nommés d'après les anciens dieux - et les planètes - Uranus et Neptune , le plutonium a reçu le même traitement.
"Le plutonium a été découvert par Glenn Seaborg et ses collègues du Berkeley Laboratory (CA) à la fin des années 1940", explique Peter C. Burns, chimiste à l'Université de Notre Dame, dans un e-mail.
Dix ans plus tôt , des astronomes avaient observé une nouvelle planète naine près de Neptune. Pour honorer le dieu romain des enfers, il a été surnommé "Pluton". Et le plutonium tire son nom de ce corps céleste.
À l'origine, Seaborg et sa société ont pu produire du plutonium en utilisant un accélérateur de particules cyclotron à Berkeley. Avec cet appareil, des particules appelées "deutérons" ont été tirées sur un échantillon d'uranium. L'expérience a créé une petite quantité de neptunium, qui est ensuite devenu du plutonium par un processus de désintégration .
Le premier échantillon pesable de plutonium a été créé à l'Université de Chicago le 20 août 1942. À ce stade, certaines parties avaient reconnu le potentiel militaire de l'élément.
Les atomes de plutonium sont toujours accompagnés de 94 protons. Mais le nombre de neutrons peut varier, et les chimistes appellent ces variations des « isotopes ». L'uranium a aussi des isotopes. L'un d'eux, appelé uranium-235 (U-235), a rapidement été identifié comme une source potentielle de combustible pour les bombes atomiques. Peu de temps après sa découverte, le plutonium est entré dans la conversation comme un autre moyen d'alimenter des armes nucléaires. L'âge atomique était sur le point de commencer.
Aujourd'hui, à toutes fins utiles, il existe deux types de plutonium : de qualité réacteur et de qualité militaire. Le plutonium était l'ingrédient clé de "Fat Man", la bombe nucléaire qui a décimé Nagasaki, au Japon, en 1945, tuant des dizaines de milliers de personnes et mettant ainsi fin à la Seconde Guerre mondiale.
Plutonium et armes
Le plutonium utilisé à des fins militaires est récupéré à partir d'uranium combustible qui a été irradié pendant deux à trois mois dans un réacteur de production de plutonium. Il faut environ 22 livres (10 kilogrammes) d'isotope presque pur de plutonium-239 (Pu-239) pour fabriquer une bombe. Ce type de bombe nécessite 30 mégawatts-années de fonctionnement du réacteur nucléaire, avec des changements constants de combustible et un retraitement du combustible « chaud », selon l' Association nucléaire mondiale . C'est pourquoi le plutonium « de qualité militaire » est fabriqué dans des réacteurs spéciaux qui augmentent la concentration des isotopes supérieurs du plutonium.
La première explosion d'une bombe atomique sur Terre a eu lieu le 16 juillet 1945. C'était au Nouveau-Mexique et elle était suffisamment puissante pour être ressentie à 160 kilomètres de distance. Il faisait partie du " Trinity Nuclear Test " du projet Manhattan, le plus secret, sur le polygone de bombardement d'Alamogordo. L'appareil en question avait un noyau de plutonium ; aucune arme nucléaire à base d'uranium n'a été déployée pour l'expérience.
Par la suite, les États-Unis ont largué une bombe nucléaire U-235 sur la ville japonaise d'Hiroshima le 6 août 1945. Trois jours plus tard, les États-Unis ont largué une deuxième bombe surnommée "Fat Man" sur Nagasaki. Tout comme l'arme testée au Nouveau-Mexique cet été-là, la bombe de Nagasaki reposait sur du plutonium.
"[On] ne saura jamais avec certitude combien de personnes sont mortes à la suite de l'attaque atomique sur Nagasaki", rapporte le site officiel du département américain de l'Énergie . Selon leur meilleure estimation, « 40 000 personnes sont mortes dans un premier temps, et 60 000 autres ont été blessées ». Au cours des mois et des années à venir, le nombre ultime de décès pourrait avoir grimpé à 140 000 ou plus. Le parc de la paix de Nagasaki organise une cérémonie annuelle pour honorer leurs souvenirs chaque mois d'août.
Le plus gros problème aujourd'hui avec le stock de plutonium de qualité militaire est de savoir quoi en faire. On estime que les États-Unis ont actuellement 96,6 tonnes (87,7 tonnes métriques) de plutonium – et un problème de stockage. Une grande partie est actuellement stockée dans un bâtiment sur le site de Savannah River en Caroline du Sud.
Plutonium et puissance
Aujourd'hui, plus d'un tiers de l'énergie produite dans les centrales nucléaires provient du plutonium . Les États-Unis, cependant, n'ont pas d'installations qui dépendent du plutonium pour l'énergie.
L'isotope du plutonium le plus couramment formé dans un réacteur nucléaire est le Pu-239, qui est créé par capture de neutrons à partir d'uranium appauvri (U-238). Lorsqu'il est fissuré, le Pu-239 peut avoir autant d'énergie que l'uranium enrichi (U-235), qui est également utilisé dans les armes nucléaires .
Historiquement, un autre isotope du plutonium, le Pu-238, était utilisé pour alimenter les batteries de certains stimulateurs cardiaques commerciaux . Ces dispositifs médicaux sont devenus démodés lorsque des alternatives au lithium ont fait leur apparition sur le marché.
Mais dans la dernière frontière, le plutonium reste une denrée précieuse.
Plutonium et espace lointain
"L'utilisation la plus importante et la moins connue du plutonium est la production d'électricité pendant l'exploration spatiale", a déclaré Burns. "Le plutonium-238 émet beaucoup de chaleur lorsqu'il subit une désintégration radioactive, et cette chaleur peut être utilisée dans un générateur thermoélectrique pour produire de l'électricité."
Le Pu-238 possède de nombreuses qualités qui rendent l'isotope très attractif pour les ingénieurs travaillant pour les agences spatiales. Pour commencer, vous n'en avez pas besoin de beaucoup pour générer beaucoup de chaleur, qui peut ensuite être convertie en électricité.
Ensuite, il y a la demi-vie , une métrique qui vous indique combien de temps il faudra à la moitié des atomes d'un isotope radioactif donné pour se désintégrer et se transformer en autre chose. Avec une demi-vie respectable de 88 ans, le Pu-238 peut faire fonctionner les rovers et les sondes spatiales pendant des décennies.
Loin du soleil, dans des endroits où les rayons de l'étoile sont faibles et faibles, les satellites solaires ne fonctionneront pas aussi bien. Pendant ce temps, les rovers martiens qui dépendent de la lumière du soleil (comme le défunt Opportunity Rover) doivent faire face à la poussière des tempêtes qui peuvent étouffer leurs panneaux et entraver le fonctionnement de la batterie.
Pour ces raisons, le Pu-238 convient parfaitement à la fois à l'exploration martienne et à l'exploration de l'espace lointain. Jusqu'à présent, le Pu-238 a propulsé au moins 30 véhicules spatiaux américains . Le Perseverance Rover qui a atterri sur la planète rouge en février 2021 possède un générateur alimenté au Pu-238. Il en va de même pour les engins spatiaux lointains comme Voyager 1 et Voyager 2 , qui parcourent le système solaire ( et au-delà ) depuis 1977.
Plutonium et toxicité
Le plutonium est radioactif, même si vous n'y serez probablement jamais exposé. Robert M. Hazen de la Carnegie Institution for Science affirme qu'il n'y a "pas de sources naturelles" de plutonium. "Il doit être fabriqué par des réacteurs surgénérateurs, donc tout le plutonium utilisé sur Terre est d'origine humaine", explique-t-il par e-mail.
Cependant, il peut être rejeté dans l'environnement via une installation industrielle ou à partir d'un conteneur, mais les niveaux de plutonium dans l'air, l'eau, le sol et les aliments sont extrêmement faibles. Cependant, si vous êtes exposé, ce serait probablement en respirant des aérosols rayonnés ou en contactant la peau. Et de nombreux facteurs détermineront si l'exposition vous nuira, y compris combien, combien de temps et comment vous êtes entré en contact avec le plutonium.
Lorsque vous le respirez, du plutonium sera piégé dans vos poumons et se déplacera vers vos os et votre foie. Si vous l'avalez par la nourriture, une infime quantité peut également se propager à vos os et à votre foie. Si vous touchez du plutonium, très peu - voire pas du tout - entreront dans votre corps, mais il peut brûler la peau qui est entrée en contact avec lui. Ainsi, s'il s'agit d'un élément radioactif, le plutonium est loin d'être « la substance la plus toxique connue de l'homme », comme l' a proclamé un jour l' activiste Ralph Nader .
MAINTENANT C'EST INTÉRESSANT
Glenn Seaborg est devenu la première personne à avoir un nouvel élément nommé d'après lui au cours de sa vie lorsque seaborgium - l'élément 106 du tableau périodique - a été baptisé dans les années 1990 .
