Les surprise de la radioactivité : Transmutation !
Transmutation
Parallèlement à ces études portant sur le rayonnement, les chercheurs ne cessent d’analyser la matière radioactive. À l’instar de Pierre et Marie Curie, plusieurs d’entre eux combinent mesures physiques et séparations chimiques. Et là, ils vont de surprise en surprise, tant le phénomène semble insaisissable. En 1899, le Français André Debierne isole, dans les résidus de pechblende, un nouvel élément radioactif, qu’il nomme l’actinium. Pierre et Marie Curie découvrent que de la radioactivité peut se propager d’une source intense de rayonnement à une plaque d’un métal initialement inactif, comme le zinc, ou l’aluminium. Ils appellent ce phénomène « radioactivité induite ». Henri Becquerel tente de purifier de l’uranium et s’aperçoit qu’il élimine une très grande partie de sa radioactivité. William Crookes sépare de l’uranium une substance très active, qu’il nomme uranium X.
C’est Rutherford et Soddy, au Canada, qui apporteront les premiers éclaircissement de tous ces mystères. Ces deux chercheurs travaillent sur le thorium. Ils établiront que la « radioactivité induite » de Pierre et Marie Curie provient en fait de l’émission d’une sorte de vapeur radioactive à partir des sels de thorium. Cette « émanation » possède une radioactivité qui disparaît assez vite dans le temps, mais son passage s’accompagne d’un dépôt de produit radioactif sur les surfaces qu’elle rencontre. Rutherford et Soddy montrent aussi que la radioactivité de ce « dépôt actif » décroît avec le temps selon une loi bien définie : elle est divisée par deux toutes les 11 heures environ. Ils ont en fait découvert la loi de décroissance radioactive qui s’appliquera désormais à tous les émetteurs purs. L’activité de toute source radioactive pure, c’est-à-dire le nombre de rayonnements qu’elle émet par unité de temps, est divisée par deux après un temps T, que l’on appelle « période de demi-vie », ou « période radioactive » du corps considéré. Cette période est une caractéristique du corps radioactif, au même titre que l’énergie du rayonnement émis, que l’on peut estimer, par exemple, d’après son parcours dans la matière. Les deux scientifiques démontrent que cette loi de décroissance implique que chaque atome possède une probabilité de désintégration constante dans le temps.
Poursuivant ces études, Rutherford et Soddy découvrent que « l’émanation » est un gaz qui n’interagit avec aucun réactif chimique. Ils en déduisent qu’il s’agit d’un gaz inerte, comme le xénon et les autres gaz rares du tableau de Mendeleïev. Ils prouvent ensuite qu’à partir du thorium se crée peu à peu une autre substance, qu’ils parviennent à isoler et nomment « thorium X », en raison de sa ressemblance avec l’uranium X de Crookes. Cependant, ce thorium X ne possède pas les propriétés chimiques du thorium. Il se désintègre lui-même en donnant naissance à l’émanation, gaz dont la désintégration engendre un solide, le dépôt actif. Ils parviennent ainsi à identifier différents membres de ce qu’ils nomment une « famille radioactive », qui sont tous les descendants du thorium par filiations successives et possèdent généralement des propriétés chimiques différentes les unes des autres. Tous ces phénomènes mystérieux ressemblent a priori aux tours des plus grands magiciens. À mesure que leurs recherches progressent, Rutherford et Soddy entrevoient une explication, mais celle-ci s’apparente à la sorcellerie ! En effet, elle fait appel à un mécanisme banni par les chimistes depuis qu’ils ont coupé les ponts avec les alchimistes, la transmutation !
La transmutation, c’était un vieux rêve, celui de transformer le plomb en or. Or les chimistes ont admis, depuis longtemps déjà, que c’était un rêve impossible à réaliser. En 1869, le Russe Mendeleïev a réussi à classer dans son fameux tableau la soixantaine d’éléments chimiques connus à cette époque. Si ces « éléments » portent ce nom, c’est qu’ils constituent les corps de base de la chimie et ne peuvent pas être transformés les uns dans les autres. La radioactivité vient mettre à mal cette belle théorie. Dès 1901, Rutherford et Soddy sont obligés d’admettre que le phénomène de radioactivité porte atteinte à l’intégrité des éléments chimiques. Et en 1903, ils ont le courage de résumer les résultats de leurs travaux en énonçant les lois de la radioactivité selon lesquelles chaque atome radioactif a une probabilité déterminée et constante dans le temps de se désintégrer en émettant un rayonnement et en se transmutant en un atome d’un autre élément.
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