Introduction
Le thorium (Th) est un élément lourd, radioactif et légèrement électropositif, découvert au XIXe siècle. Bien que moins connu du grand public que l'uranium, il occupe une place importante dans les discussions sur l'avenir de l'énergie nucléaire en raison de ses propriétés uniques. Son isotope le plus stable, le thorium-232, a une demi-vie extrêmement longue (environ 14,05 milliards d'années), comparable à l'âge de l'univers, ce qui le rend faiblement radioactif mais très persistant dans l'environnement.
Description
Le thorium est un métal argenté, ductile et malléable qui ternit lentement à l'air en formant une couche d'oxyde protectrice. Chimiquement, il est assez réactif et se trouve principalement à l'état d'oxydation +4. Dans la nature, il n'existe pratiquement que sous forme d'un seul isotope, le Th-232, ce qui simplifie son traitement par rapport à l'uranium naturel qui contient plusieurs isotopes. Son minerai principal est la monazite, un phosphate de terres rares et de thorium, que l'on trouve dans des sables minéraux lourds sur certaines plages et dans des gisements primaires. Le thorium est environ trois fois plus abondant que l'uranium dans la croûte terrestre, avec une concentration moyenne estimée à 9,6 parties par million.
Histoire
Le thorium a été découvert en 1828 par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, qui l'isola à partir d'un échantillon de roche envoyé par le pasteur et minéralogiste amateur norvégien Morten Thrane Esmark. Berzelius le nomma « thorium » en l'honneur de Thor, le dieu nordique du tonnerre. Sa radioactivité ne fut découverte qu'en 1898, indépendamment par la physicienne Marie Curie et le chimiste Gerhard Carl Schmidt. Au début du XXe siècle, le thorium trouva une application majeure dans les manchons à incandescence pour l'éclairage au gaz, où son oxyde (ThO2) émet une lumière blanche et vive lorsqu'il est chauffé. Ces manchons, bien que contenant moins de 1% de thorium, furent largement utilisés jusqu'à l'avènement de l'éclairage électrique. L'intérêt pour son potentiel énergétique nucléaire émergea dans les années 1950-1960, avec des recherches menées notamment aux États-Unis, en Inde et en Allemagne, mais il fut largement éclipsé par les programmes militaires et civils axés sur l'uranium et le plutonium.
Caracteristiques
Propriétés physiques : Numéro atomique 90, masse atomique standard 232,0377 u. Point de fusion élevé (~1750 °C), point d'ébullition ~4790 °C. Densité de 11,7 g/cm³. Propriétés nucléaires clés : Le Th-232 n'est pas fissile, mais il est fertile. Lorsqu'il capture un neutron, il se transmute en thorium-233, qui se désintègre en protactinium-233, puis en uranium-233, un isotope fissile. Ce cycle du thorium présente plusieurs avantages théoriques : il produit moins d'actinides mineurs à vie longue que le cycle uranium-plutonium, réduisant ainsi la radiotoxicité à long terme des déchets. Les réacteurs au thorium peuvent être conçus pour fonctionner en cycle fermé avec une surgénération, utilisant presque tout le combustible. De plus, les sels fondus de thorium (réacteurs à sels fondus ou MSR) offrent des caractéristiques de sécurité passive, comme une pression de fonctionnement atmosphérique et un coefficient de vide négatif. Propriétés chimiques : L'oxyde de thorium (ThO2) a un point de fusion très élevé (3300 °C) et est chimiquement très stable. Le thorium forme également des alliages avec le magnésium, améliorant sa résistance à la chaleur, utilisés historiquement dans l'aérospatiale.
Importance
L'importance du thorium réside principalement dans son potentiel en tant que source d'énergie nucléaire durable. Pays comme l'Inde, qui possède d'immenses réserves de monazite mais peu d'uranium, ont développé un programme de recherche à long terme sur le cycle du thorium. Les avantages potentiels incluent une meilleure utilisation des ressources, une réduction des déchets à vie longue, une résistance intrinsèque à la prolifération (le U-233 produit est contaminé par de l'U-232, rendant sa manipulation difficile), et une sécurité améliorée dans certains designs de réacteurs. En dehors du nucléaire, le thorium a des applications historiques et résiduelles : l'oxyde de thorium était utilisé comme catalyseur dans le procédé de production d'acide sulfurique et dans les convertisseurs catalytiques. En métallurgie, il améliore la microstructure de certains alliages. Cependant, son utilisation est aujourd'hui strictement réglementée en raison de sa radioactivité. Son impact environnemental est lié à l'extraction minière de la monazite, qui peut libérer des déchets radioactifs et des terres rares, nécessitant une gestion prudente.
