Césium - Définition

Histoire

Le nom dérive du latin « caesius », ce qui signifie « bleu ciel », attribué du fait de la couleur bleu clair des deux lignes caractéristiques de son spectre d'émission.

La présence du césium a été décelée, quelques mois après la découverte du rubidium - en 1861, par Robert Wilhelm Bunsen et par Gustav Robert Kirchhoff par spectroscopie de la lépidolite.

Utilisation

• Horloge atomique : l'isotope stable ¹³³Cs permet d'obtenir une exactitude de 2×10^-14 s (soit une seconde sur 1 600 000 ans). La seconde est définie depuis 1967 comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.
• Photomultiplicateurs : ces tubes à vide utilisent l'émission par une photocathode, puis la multiplications d'électrons par une succession d'électrodes (dynodes) - jusqu'à 12 ou 14. La photocathode comprend souvent des composés de césium, notamment dans l'infrarouge. Par rapport aux détecteurs à semi-conducteurs, le photomultiplicateur est beaucoup plus encombrant et délicat à utiliser.
• L'isotope ¹³⁷Cs est utilisé :
  • dans les laboratoires d'étude de la physique, comme source de radioactivité pour les Compteurs de Radioactivité Beta (C.R.A.B.) qui comptent les impulsions correspondant au nombre de désintégrations de noyaux de césium 137, lors d'expériences visant à démontrer l'aspect aléatoire de la désintégration radioactive.
  • comme indicateur de retombées d'essais nucléaires, d'accidents de l'industrie nucléaire, dont de fuite des centrales nucléaires ; il a par exemple été libéré, entre autres éléments radioactifs, en quantités importantes lors des essais nucléaires atmosphériques au début des années 1960, puis lors de l'accident de Tchernobyl.
  • en médecine, comme source de rayonnement radioactif pour traiter le cancer du col de l'utérus et le cancer de la vessie.
• Le chlorure de césium est désormais utilisé comme remède en médecine alternative. Cette utilisation fait suite à la théorie faisant un lien entre la progression des métastases cancéreuses et le pH intracellulaire. Ainsi, cet élément alcalin pénètre la cellule cancéreuse par la Na+K+ATPase et bloque le glucose tentant d'entrer par la membrane plasmique. La dose journalière est de 0,5 à 3 grammes de chlorure de césium en solution afin de créer l'effet de saturation létal aux cellules fermentatrices cancéreuses.

Isotopes du césium

Le césium a 39 isotopes connus ; c'est plus que pour tout autre élément à l'exception du francium.

La masse atomique de ces isotopes varie de 112 à 151. Même si cet élément a un grand nombre d'isotopes, il n'a qu'un seul isotope naturel stable ¹³³Cs. La plupart des autres isotopes ont des périodes radioactives brèves — de quelques jours à quelques fractions de seconde.

L'isotope radiogéniques ¹³⁷Cs (l'un des nombreux produits de fission de l'uranium) est le plus connu, car il a été utilisé dans les études hydrologiques et écologique suite à une contamination générale de l'atmosphère induite, à partir de 1945, par l'utilisation des bombes atomiques et des essais nucléaires (puis l'accident de Tchernobyl), et, dans une moindre mesure, à cause des rejets de centrales nucléaires ou de sites de retraitement, stockage, etc. Son suivi a par exemple permis de mesurer à quelle vitesse l'eau des nappe se renouvelait, la cinétique environnementale du césium (notamment dans la chaîne alimentaire) ou si une grotte était ou non isolée du monde extérieur.

Le césium 137 a une période radioactive de 30,17 années. Il se désintègre en baryum 137m (de courte durée produit de la dégradation), puis en une forme de baryum non-radioactif.

Les déchets radioactifs, les retombées d'essais nucléaires atmosphériques ou de l'accident de Tchernobyl peuvent contenir du césium 135 à très longue période radioactive, du césium 134 (période de 2 ans), ou, comme on l'a vu, du césium 137 (période de 30 ans).