Thorium

Description

Trois fois plus abondant que l’uranium et un combustible potentiel pour réacteur qui ne peut pas facilement être transformé en arme.

Propriétés physiques

Propriétés atomiques

Découverte et histoire

Découverte par Jöns Jacob Berzelius

Le thorium a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius , l’un des pères fondateurs de la chimie moderne. Berzelius a identifié le nouvel élément en analysant un échantillon de minéral noir que lui avait envoyé le minéralogiste norvégien Morten Thrane Esmark, qui l’avait découvert près de l’île de Løvøya, en Norvège.

Le lien norvégien

L’échantillon initial a été découvert par Morten Thrane Esmark en 1828 sur l’île de Løvøya, dans la région du Langesundsfjord, en Norvège. Esmark a confié le minéral à son père, le minéralogiste Jens Esmark, qui en a envoyé un échantillon à Berzelius à Stockholm. Cette collaboration entre le travail de terrain norvégien et la chimie analytique suédoise a conduit à la découverte de l’élément.

Analyse chimique

Berzelius a utilisé ses techniques analytiques avancées pour isoler et caractériser le nouvel élément. Il a réutilisé le nom « thorium », qu’il avait donné en 1817 à un élément supposé (oxyde « thorina ») qui s’était révélé être du phosphate d’yttrium. Le nom « thorium » a été choisi d’après Thor, le dieu nordique du tonnerre .

Chimie du XIXe siècle

La découverte a eu lieu pendant l’âge d’or de la découverte des éléments, lorsque les chimistes analysaient systématiquement de nouveaux minéraux à l’aide de méthodes analytiques améliorées. Les travaux de Berzelius sur le thorium ont contribué au développement de la détermination de la masse atomique et ont aidé à établir des principes d’analyse chimique qui restent importants aujourd’hui.

Découverte de la radioactivité

Les propriétés radioactives du thorium n’ont été découvertes qu’en 1898 par Gerhard Carl Schmidt et Marie Curie , indépendamment l’un de l’autre. Cette découverte est survenue peu après celle de la radioactivité par Becquerel et a établi le thorium comme seulement le deuxième élément radioactif connu après l’uranium, lançant le domaine de la chimie nucléaire.

Héritage scientifique

La découverte du thorium a illustré la chimie collaborative du XIXe siècle et posé les bases de la compréhension des éléments actinides. L’approche méthodique de Berzelius pour isoler et caractériser le thorium est devenue un modèle pour la découverte et l’étude d’autres éléments lourds.

Isotopes

Données : IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, évaluations des états fondamentaux, consultées le 10 octobre 2026. L’abondance est la part des atomes dans l’élément naturel ; un tiret signifie que l’isotope n’a pas d’abondance naturelle de référence.

Applications et utilisations

Applications comme combustible nucléaire

Le thorium est de plus en plus reconnu comme un combustible nucléaire de nouvelle génération présentant des avantages importants par rapport aux combustibles à base d’uranium. Le thorium-232, lorsqu’il est bombardé par des neutrons, se transforme en uranium-233, qui est une excellente matière fissile pour les réacteurs nucléaires. Ce cycle du combustible au thorium produit moins de déchets radioactifs à vie longue et ne peut pas être facilement détourné à des fins militaires, ce qui en fait une option intéressante pour l’énergie nucléaire pacifique.

Réacteurs à sels fondus

Le thorium est le combustible privilégié pour la technologie des réacteurs à sels fondus (MSR), dans lesquels le fluorure de thorium est dissous dans un sel fondu servant à la fois de combustible et de caloporteur. Ces réacteurs peuvent fonctionner à la pression atmosphérique, possèdent des dispositifs de sécurité intrinsèques et peuvent consommer des déchets nucléaires existants. Des pays comme la Chine et l’Inde investissent massivement dans le développement des MSR au thorium.

Manchons à incandescence et applications à haute température

Historiquement, l’utilisation la plus courante du thorium était dans les manchons de lanternes à gaz , où le dioxyde de thorium produisait une lumière intense et brillante lorsqu’il était chauffé. Bien que largement abandonnés en raison des préoccupations liées à la radioactivité, les composés du thorium sont encore utilisés dans des applications spécialisées à haute température, notamment pour les matériaux réfractaires des creusets et des revêtements de fours qui doivent résister à une chaleur intense.

Alliages et matériaux spéciaux

Le thorium est utilisé pour créer des alliages magnésium-thorium spécialisés destinés à l’aérospatiale, où les rapports résistance/poids élevés sont essentiels. Ces alliages conservent leurs propriétés à des températures élevées, ce qui les rend précieux pour les composants de moteurs à réaction et les applications liées aux missiles. L’ajout de petites quantités de thorium améliore considérablement la résistance au fluage des alliages de magnésium.

Applications scientifiques et de recherche

Les instituts de recherche utilisent le thorium dans diverses applications, notamment comme source de neutrons , pour l’étalonnage des équipements de détection des rayonnements et dans la recherche fondamentale en physique nucléaire. Les composés du thorium servent d’étalons de référence pour les mesures de rayonnement et sont utilisés pour étudier la chimie des éléments lourds et les processus de désintégration nucléaire.

Applications énergétiques futures

Les technologies nucléaires avancées étudient le potentiel du thorium dans les systèmes pilotés par accélérateur (ADS) et les petits réacteurs modulaires (SMR). Ces systèmes pourraient fournir une énergie nucléaire propre et sûre, avec une production réduite de déchets et une meilleure résistance à la prolifération, faisant du thorium un élément clé des futures stratégies énergétiques durables.

Abondance