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

Thorium

Le thorium appartint à la famille des actinides, au même titre que l’uranium. C’est un métal gris-blanc à l’aspect argenté, relativement mou, qui s’oxyde à l’air en se recouvrant d’une couche protectrice (ThO2). Il ne s’enflamme facilement que sous forme très divisée (poudre). Son abondance dans la croute terrestre est voisine de celle du plomb (environ 7-9 ppm) et il est assez bien réparti sur l’ensemble de la planète. Tous les isotopes du thorium sont radioactifs : l’isotope naturel 23290Th a une demi-vie de 14 milliards d’années environ.

Échantillon de thorium métallique en tube scellé. On distingue clairement la couche superficielle d’oxyde (blanc) recouvrant le métal, d’aspect argenté - Crédit photo : W.Oelen, 2007, wikimedia

Le thorium est présent dans de nombreux minerais (thorite et thorianite) mais est extrait industriellement de la monazite (ce minerai, qui est également la principale source des lanthanides, peut renfermer jusqu’à 9 % d’oxyde de thorium). Après avoir été séparé par traitement acido-basique des autres éléments présents dans le minerai, le thorium est isolé sous forme d’oxyde ThO2.
Traité par le fluorure d’hydrogène HF, l’oxyde fournit l’halogénure ThF4 qui est réduit par le calcium à chaud et sous atmosphère inerte en thorium métallique.
Le thorium est un émetteur de particules α et sa toxicité est liée à ses propriétés faiblement radioactives. La manipulation classique du thorium ou de ses sels par une personne formée et compétente n’est pas considérée comme dangereuse : les particules α ne passent pas la barrière cutanée et la demi-vie très longue de l’isotope naturel 23290Th est synonyme de très faible radioactivité. Par contre, sous forme très divisée (aérosols) ou par ingestion, le thorium est classé comme cancérogène (os, foie, poumons, pancréas).

Chaine de désintégration du thorium naturel. Les valeurs (years, days…) figurant dans les cercles représentent les demi-vies des éléments de la chaine. Les lettres grecques figurent le mode de désintégration. La grande majorité des éléments intermédiaires de la chaine sont à très courte période. L’étape ultime de désintégration du thorium 232Th est l’isotope stable du plomb 20882Pb - Crédit photo : http://commons.wikimedia.org/wiki/User:BatesIsBack, 2015.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Decay_Chain_Thorium_FR.svg

Étymologie  : Découvert en Scandinavie, le thorium a été nommé en l’honneur du dieu du tonnerre et de la guerre de la mythologie nordique, Thor. Notre métal a en effet la propriété de provoquer des étincelles assez vives lors qu’il est percuté par des outils en acier.

Origine : Le thorium est un élément produit par capture de neutrons rapides, comme par exemple lors de la fusion d’étoiles à neutrons, où les neutrons rapides dans les coeurs très denses des étoiles sont capturés et grossissent les noyaux des éléments du pic du fer.

Historique  :
En 1829, le chimiste suédois Berzelius isola le thorium à partir d’un minerai issu d’une ile de la Mer de Norvège. Le minerai, nommé plus tard thorite, était essentiellement de silicate de thorium. Berzelius confirma ensuite la découverte du métal par chauffage du fluorure de thorium avec le potassium sous atmosphère d’argon.

Le grand chimiste et minéralogiste suédois Jöns Jakob Berzelius (1779-1848).
On lui doit la découverte, seul ou en collaboration avec ses élèves, du cérium, du sélénium et du thorium. Il isola le silicium, le titane et le zirconium. Il proposa la description des corps chimiques par une formule simple (ex : H2O pour l’eau) - Crédit photo : https://en.wikipedia.org/wiki/Image:J%F6ns_Jacob_Berzelius.png
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jons_Jacob_Berzelius.PNG

La radioactivité du thorium a été mise en évidence par le chimiste allemand Gerhard Carl Schmidt, deux mois avant Marie Curie. Comme l’uranium, la présence relativement abondante du thorium sur terre est due à la longue période radioactive de ces éléments.

Le thorium dans la vie courante :
Actuellement, la plus grande partie du thorium est utilisée sous la forme de son oxyde ThO2. Son point de fusion (3 300°C environ) est le plus élevé de tous les oxydes métalliques. Il est indispensable dans les céramiques portées à très haute température.
Allié au magnésium, il fournit un matériau extrêmement résistant à la déformation sous contrainte.
Le dioxyde de thorium était auparavant ajouté au verre lors de sa fabrication pour augmenter l’indice de réfraction, produisant ainsi un matériau destiné aux optiques de haute qualité.
Le thorium peut être utilisé comme source d’énergie nucléaire. Il est environ trois fois plus abondant que l’uranium et possède un certain nombre d’avantages. Par absorption d’un neutron, il produit l’isotope 23392U (uranium), lequel est fissile. Cette dernière propriété est plus remarquable que celle présentée par les isotopes utilisés classiquement dans l’industrie nucléaire (23592U par exemple).

Encore au stade recherche, les réacteurs à sels de thorium fondus sont en cours d’étude intensive en Inde et Chine.

Le thorium à l’Institut UTINAM : Il n’y a pas d’application pour le thorium à l’Institut UTINAM.