De numéro atomique 95, l’américium est de symbole Am. Il est qualifié de transuranien, c’est-à-dire un radioélément dont le numéro atomique est supérieur à celui de l’uranium (92). Il est radioactif et synthétique, et appartient à la famille des actinides. Dans les conditions normales de température et de pression, sa forme simple est un métal.
L’élément 95 est un actinide radioactif. Son corps simple est de couleur blanche et argentée. Il s’assombrit progressivement au contact de l’air sec, à température ambiante.
Il n’est pas un élément de la croûte terrestre à cause de son instabilité. Cet élément artificiel est le résultat de réactions successives survenant dans le cœur des réacteurs nucléaires. À présent, il est perçu comme un déchet radioactif.
L’élément 95 est l’homologue chimique de l’europium. À cause des similitudes présentées avec ce lanthanide, l’américium a été aussi nommé en référence à un continent. Il a été découvert depuis peu comme tous les transuraniens. Dans les années quarante, il a pu être synthétisé artificiellement grâce à l’avancée de la physique nucléaire expérimentale.
La fin de l’année 1944 marque la première recomposition de l’américium au laboratoire métallurgique de l’université de Chicago. Glenn Seaborg, Leon Morgan, Ralph James et Albert Ghiorso ont mené cette expérience. Actuellement, le laboratoire se nomme Argonne National Laboratory. Le principe du procédé est de soumettre le plutonium 239 à des réactions consécutives de capture de neutrons. Cette expérimentation se déroule dans un réacteur nucléaire. Son résultat est la formation l’isotope 241Am. Plus précisément, le plutonium 240 est obtenu à partir du plutonium 239. Ensuite, vient la création du 241Pu qui a une demi-vie de 14,2 ans. Le plutonium 241 se transforme en américium 241 par émission β.
23994Pu + 10n → 24094Pu
24094Pu + 10n → 24194Pu
24194Pu → 24195Am + e¯ + Ѵe.
Dans les années soixante-dix, la production d’électricité s’est faite à partir de parcs de réacteurs nucléaires. Depuis, l’américium est élaboré en grande quantité dans plusieurs pays. La France forme environ 1 t/an d’américium mêlé aux autres actinides et aux produits de fission. Cette grande production a motivé les recherches sur les propriétés physico-chimiques de l’élément 95.
Il est encore en cours d’étude dans les domaines en rapport avec l’industrie nucléaire au niveau des points suivants :
L’américium possède 18 isotopes, de 231Am à 247Am. Trois de ces isotopes ont une période radioactive supérieure à un an :
En général, le 241Am et le 243Am se désintègrent en émettant des rayonnements α. Ils deviennent respectivement du neptunium 237 et du neptunium 239. Le 242Am se stabilise par une transition isomérique. Sa demi-vie s’élève à seize heures. Il se désorganise à 83 % par radiation β pour donner du curium 242. Il se désagrège à 17 % par capture électronique pour produire du plutonium 242.
Le 241Am est produit plus fréquemment à cause de son équilibre avec le plutonium produit dans les centrales nucléaires. Il fait partie de la chaîne de désintégration du plutonium 241. Ce dernier se dissocie en neptunium 237, émetteur α et γ de 2 millions d’années de demi-vie.
Le 241Am, le 242mAm et le 243Am sont des fissiles. La masse critique de l’américium 241 est située entre 60 et 100 kg. Celle de l’américium 242m varie de 9 à 18 kg. Sa légèreté le rend envisageable comme combustible spatial. Le 243Am a une masse critique estimée entre 50 et 150 kg.
À l’état solide, l’américium a trois formes cristallographiques :
Sa forme liquide est obtenue à 1 449 K (1 176 °C) et sa forme gazeuse à 2 284 K (2 011 °C).
Beaucoup de composés chimiques contiennent de l’américium, notamment :
L’état d’oxydation +3 de l’américium est retrouvé en milieu aqueux. Différents ligands (CO32-, OH–, NO2–, NO3– et SO42-) peuvent se lier au cation Am3+ et donner :
Des complexes peuvent également se former en milieu aqueux avec AmO2+ et produire du AmO2CO3–, du AmO2(CO3)23- ou du AmO2(CO3)35-.
L’utilisation de l’américium en grande quantité est limitée à cause de sa forte radiotoxicité. Il est seulement employé pour son rayonnement ionisant. Son stockage se fait dans des sources scellées, mises en condition dans une double enveloppe en acier inoxydable.
À cause de la facilité de fabrication du 241Am, il est le plus utilisé. Une infime quantité de 241Am est retrouvée dans des modèles de détecteurs de fumée. Elle est sous forme d’oxyde AmO2 et ses émissions α alimentent une chambre d’ionisation. La cristallographie le prend comme source de rayons γ. La radiographie l’adopte comme source de neutrons indirects lorsqu’il est mélangé au béryllium ou au bore.
À partir du 241Am-Be, la production des neutrons se fait comme suit :
24195Am → 23793Np + 42He
94Be + 42He → 126C + 10n.
Son coût élevé a arrêté le maniement du 242Am dans la radiographie.
La mesure du 241Am dans l’environnement se fait directement à partir du rejet ou indirectement de la décroissance de 241Pu. Les principales causes de ce rejet sont :
Dispersé dans l’environnement, l’américium peut s’incruster dans les éléments de la chaîne alimentaire. Il peut alors avoir des formes chimiques moyennement solubles. Il se transfère à peu près facilement. Chez différentes espèces, il se dépose dans le squelette, le foie et les gonades. Cette propriété est similaire aux autres transuraniens. Cependant, il se diffère du plutonium par son temps de rétention dans les organes moins éminents et sa toxicité moins considérable.
