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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Césium

Le Césium est un métal mou et ductile, blanc ou argenté à doré. C’est le plus alcalin des métaux alcalins : il réagit également de manière assez violente avec l’air en produisant du superoxyde. Il en va de même avec l’eau, quel que soit son état, il va jusqu’à créer une explosion.

Il existe de nombreux gisements connus de césium. On estime d’ailleurs que les réserves de césium peuvent suffire pour des millénaires d’exploitation. Les gisements les plus importants sont dans le Manitoba (Canada), représentant près des deux tiers des réserves mondiales accessibles. Mais on trouve également du césium au Zimbabwe et en Afghanistan.

Ampoule contenant du césium :
Manipulé en toute sécurité uniquement quand il est plongé dans de l’huile de paraffine - Crédits photo : wikipédia / Dnn87 Contact email : Dnn87yahoo.dk - CC BY-SA 3.0

Étymologie  : Le nom "césium" provient du latin « caesium » qui signifie bleu ciel. Il a été nommé comme ceci en raison de la couleur de ses raies d’émissions en spectrométrie.

Origine  : Le césium est un élément produit par capture de neutrons dans les noyaux d’éléments du pic du fer. Les neutrons peuvent provenir de la réaction nucléaire qui transforme le néon en magnésium, ou celui qui transforme le carbone 13 en oxygène 16. Ces processus de capture de neutrons peuvent être rapides, comme par exemple lors de la fusion d’étoiles à neutrons, où les neutrons rapides sont capturés et grossissent les noyaux des éléments du pic du fer. La réaction nucléaire peut aussi être une capture lente de neutrons, par exemple dans les étoiles de masse intermédiaire en fin de vie (branche asymptotique des géantes).
Le césium est produit à environ 70% par des processus de capture rapide, et 30% par des processus lents.

Historique  : Le césium a été détecté pour la première fois en 1860 par Robert Wilhem Bunsen et Gustav Robert Kirchhoff suite à une spectroscopie de l’eau minérale de Dürkheim. Cette spectroscopie a été effectuée avec le spectroscope que ces deux scientifiques avaient inventé l’année précédente, en 1859.

Le césium dans la vie courante :
On l’utilise en médecine, comme source radioactive de rayonnement pour traiter le cancer du col de l’utérus et le cancer de la vessie avec une source devant être directement au contact de la tumeur.
On utilise aussi le césium comme indicateur de radiations sur les sites ayant subi des accidents nucléaires. On a par exemple eu recours au césium lors des tristement célèbres accidents de Tchernobyl et de Fukushima.

Utilisation du césium à l’Institut UTINAM :
Le nom de césium suscite des réflexes de méfiance, principalement à cause de ses isotopes radioactifs. Mais, c’est bien l’isotope stable du césium 133 que l’Institut UTINAM utilise dans ses trois horloges atomiques.

Dans les années 1950, les premières horloges atomiques mettent en œuvre des oscillations de la molécule d’ammoniac, de l’atome d’hydrogène, de rubidium et rapidement de césium 133. Toutes ces horloges utilisent le principe de stimuler ou d’entretenir une oscillation au sein d’un atome ou d’une molécule ; cette oscillation est caractérisée par la radiation qu’elle émet, peut être utilisée comme référence de fréquence et constitue ainsi l’élément de base d’une horloge atomique ou moléculaire.

Rapidement, les horloges à césium obtiennent les meilleurs résultats et atteignent des stabilités sans commune mesure avec les horloges existantes, qu’elles soient mécaniques ou à quartz.

Elles vont montrer la nécessité de changer la définition de la seconde. En 1967, on remplace donc la définition astronomique de la seconde par la formulation suivante :

Avec la réforme du SI (Système International d’unités) qui a été actée à Versailles le 16 novembre 2018, la formulation a changé mais l’atome de césium 133 garde la vedette et est la base de la définition du hertz :

Les horloges atomiques à césium les plus performantes ont aujourd’hui des exactitudes relatives de l’ordre de 10-15 voire 10-16 ; un millionième de nanoseconde sur une seconde ou encore une seconde sur une durée de 30 à 300 millions d’années !

Horloge atomique au césium 133 -
Crédits photo : wikipédia / Atomicclock.jpg - Domaine public