Thorium
Le thorium est un élément chimique de symbole Th et de numéro atomique 90. Ce métal radioactif de la série des actinides est l’un des deux seuls éléments fortement radioactifs encore présents en quantités importantes dans la nature sous forme primordiale, l’autre étant l’uranium. Il a été découvert en 1828 par le minéralogiste amateur norvégien Morten Thrane Esmark, puis identifié par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius, qui lui a donné le nom de Thor, dieu du tonnerre dans la mythologie nordique.
Identité
- Masse atomique
- 232.04 u
- Catégorie
- Actinides
- Groupe
- 3
- Période
- 7
- Bloc
- f
- États d'oxydation
- +4
- État physique (à 25 °C)
- Solide
- Apparence
- argenté, souvent avec une ternissure noire
Structure électronique
- Configuration électronique
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d2
- Configuration abrégée
- [Rn] 6d2 7s2
- Électrons par couche
- 2, 8, 18, 32, 18, 10, 2
- Électronégativité (Pauling)
- 1.30
- Affinité électronique
- 113 kJ/mol
- 1ʳᵉ énergie d'ionisation
- 587 kJ/mol
- Énergies d'ionisation
- 587 · 1110 · 1930 · 2780 kJ/mol
Propriétés physiques
- Point de fusion
- 1749.8 °C (2023 K)
- Point d'ébullition
- 4787.9 °C (5061 K)
- Densité
- 11.724 g/cm³
- Capacité thermique molaire
- 26.2 J/(mol·K)
Comportement chimique de l'thorium
Le thorium possède quatre électrons externes ([Rn] 6d² 7s²) et présente presque toujours l’état d’oxydation +4, avec une faible électronégativité (1,30). C’est un actinide fertile, dense et réfractaire : il fond à 1 750 °C et forme des oxydes extrêmement stables. Il est moins radioactif que l’uranium, mais il est toxique et dangereux lorsqu’il est inhalé sous forme de poussière. Son dioxyde est la céramique dont le point de fusion est le plus élevé connu.
Réactivité
Th + O₂ → ThO₂
À l’air libre, il se recouvre d’une couche d’oxyde protectrice ; lorsqu’il est chauffé, il brûle pour former le dioxyde blanc, qui fond à 3 390 °C et sert de matériau pour les creusets utilisés afin de fondre d’autres métaux.
Th + 2 H₂O → ThO₂ + 2 H₂
L’eau l’attaque à peine à froid grâce à sa couche d’oxyde, mais l’eau chaude et la vapeur réagissent avec lui en libérant de l’hydrogène.
Th + 4 HCl → ThCl₄ + 2 H₂
Il se dissout lentement dans les acides concentrés pour former des sels de thorium(IV). Le chlorure permet de le purifier par cristallisation.
Th + 2 F₂ → ThF₄
Avec le fluor, il forme du tétrafluorure de thorium, un sel fondu essentiel aux réacteurs au thorium à sels fondus et à la production du métal par réduction.
Composés notables
| Composé | Formule | Utilisation ou importance |
|---|---|---|
| Dioxyde de thorium | ThO₂ | Creusets, optique et combustible fertile |
| Tétrafluorure de thorium | ThF₄ | Sels fondus et production du métal |
| Nitrate de thorium | Th(NO₃)₄ | Purification et manchons à incandescence |
| Carbure de thorium | ThC₂ | Combustibles nucléaires avancés |
| Électrode WT20 | W-ThO₂ | Soudage TIG de précision |
Distribution de la couche électronique
Afficher dans le générateur d'atomesIsotopes
Tout le thorium naturel est du thorium-232 (²³²Th), qui possède 142 neutrons et une période radioactive de 14 milliards d’années. Il s’agit d’un isotope fertile, environ trois fois plus abondant que l’uranium. En capturant un neutron, il peut se transformer en uranium-233 fissile. Le thorium-230 (²³⁰Th), dont la période radioactive est de 75 000 ans, est utilisé pour dater les sédiments, conjointement avec le protactinium-231.
Occurrence et production
Le thorium est relativement abondant, avec une concentration d’environ 10 ppm, dans la monazite (qui peut contenir jusqu’à 12 % de ThO₂), la thorite et la thorianite. Les principaux gisements se trouvent en Inde, au Brésil, en Australie et aux États-Unis. Il est obtenu comme sous-produit de l’extraction des terres rares, par dissolution acide et extraction par solvant. Le métal est ensuite produit par réduction avec du calcium.
Histoire et origine du nom
Jöns Jacob Berzelius l’a isolé en 1829 à partir de thorite norvégienne et l’a nommé thorium, d’après Thor, le dieu nordique du tonnerre : un nom de guerrier pour un métal lourd. Marie Curie et Gerhard Schmidt ont découvert sa radioactivité. Les manchons à incandescence contenant du thorium ont équipé les lampadaires pendant des décennies, jusqu’à ce que les exigences de radioprotection conduisent à leur abandon.
Applications et importance de l'thorium
Utilisations de l'élément
Sous forme de thorium-232 fertile, il alimente des cycles nucléaires avancés permettant de produire de l’uranium-233 dans des réacteurs à sels fondus et à haute température. Sous forme métallique, il entre dans certains alliages de magnésium destinés à l’aérospatiale et dans les électrodes de tungstène utilisées pour amorcer l’arc en soudage TIG.
Utilisations de ses composés
Le dioxyde de thorium est utilisé dans des creusets capables de faire fondre le platine, des lentilles à indice de réfraction élevé et les anciens manchons à incandescence. Le fluorure dissous dans un mélange de sels LiF-BeF₂ constitue le combustible liquide des réacteurs au thorium à sels fondus.
Santé, sécurité et environnement
Rôle biologique
Le thorium n’a aucune fonction biologique connue et il est toxique et radioactif. Les poussières inhalées peuvent irradier les poumons pendant des années, et ses descendants radioactifs émettent du radon-220. Le Thorotrast, un ancien produit de contraste radiologique contenant du thorium, a provoqué des cancers du foie.
Sécurité
Lors des opérations minières et de soudage, sa manipulation nécessite un contrôle des poussières, une ventilation adaptée et des appareils de détection des particules alpha. Les électrodes contenant du thorium doivent être meulées avec un système d’aspiration. Les déchets sont gérés comme des matières radioactives naturelles (NORM), avec un blindage adapté.
Environnement
L’extraction de la monazite mobilise du thorium et de l’uranium, qui doivent être confinés dans des bassins de résidus miniers. En contrepartie, un cycle du thorium bien géré produit moins d’actinides mineurs. L’Inde considère le thorium comme une réserve stratégique pour son approvisionnement énergétique.
Questions fréquentes sur l' Thorium
Le thorium peut-il être utilisé comme combustible nucléaire ?
Oui, mais pas directement dans la plupart des réacteurs actuels. Le thorium-232 est une matière fertile : lorsqu’il absorbe un neutron, il se transforme en uranium-233, un isotope fissile capable d’entretenir une réaction en chaîne. Le thorium peut donc être utilisé dans des cycles de combustible alternatifs, qui nécessitent toutefois des réacteurs spécifiques et des technologies de retraitement. Leur développement reste expérimental ou limité par rapport aux technologies conventionnelles utilisant l’uranium.
À quoi le thorium a-t-il servi en dehors de l’énergie nucléaire ?
Le thorium a été utilisé comme élément d’alliage dans le magnésium pour améliorer sa résistance à haute température, dans les électrodes de soudage TIG et dans des catalyseurs industriels. Il a également servi dans les manchons à incandescence, l’optique et les instruments scientifiques, même si nombre de ces usages ont diminué pour des raisons radiologiques et réglementaires. Aujourd’hui, son principal intérêt réside dans la recherche sur les combustibles nucléaires avancés.
D’où provient le thorium ?
Le thorium est principalement extrait de la monazite, un minéral dans lequel il se trouve sous forme d’oxyde de thorium associé aux terres rares. Il est également présent dans la thorite et d’autres minéraux. Après son extraction, il est purifié par des procédés chimiques afin d’obtenir du thorium métallique, du dioxyde de thorium ou des composés destinés à la recherche. Il est environ trois fois plus abondant que l’uranium dans la croûte terrestre, bien que son utilisation énergétique reste limitée.
Quelle est la différence entre le thorium et l’uranium ?
L’uranium-235 peut entretenir directement une réaction en chaîne, tandis que le thorium-232 doit d’abord se transformer en uranium-233 pour devenir fissile. Le thorium est plus abondant et pourrait présenter des avantages dans certains cycles nucléaires, mais les technologies de réacteurs et de retraitement nécessaires sont moins matures. L’uranium domine actuellement la production commerciale d’énergie nucléaire, car sa chaîne d’approvisionnement, ses réacteurs et son cadre réglementaire sont beaucoup plus développés.
Le thorium est-il plus sûr que l’uranium ?
Le thorium présente des avantages potentiels, comme une plus grande abondance, de meilleures propriétés thermiques et la possibilité de produire moins de déchets à vie longue. Cependant, il n’est pas absolument « sûr » : il est radioactif, toxique et son cycle peut produire des isotopes dangereux, notamment l’uranium-233. La sécurité dépend de la conception du réacteur, de la gestion du combustible, du retraitement et du contrôle des déchets, et pas uniquement de l’élément utilisé.
Le thorium est-il dangereux pour l’être humain ?
Le thorium est radioactif et toxique, même si sa radioactivité est inférieure à celle de nombreux autres actinides. Le principal risque provient de l’inhalation ou de l’ingestion de poussières, ainsi que d’une exposition prolongée à des matières radioactives. Il n’a aucune fonction biologique connue. Dans la vie quotidienne, une exposition importante est rare, mais les activités industrielles, minières et de gestion des déchets nécessitent des mesures strictes de radioprotection.
Pourquoi le thorium est-il associé aux réacteurs à sels fondus ?
Les réacteurs à sels fondus constituent l’un des concepts les plus étudiés pour utiliser le thorium, car le combustible y est dissous dans un sel fondu et le réacteur fonctionne à haute température et à basse pression. Dans ces configurations, le thorium-232 peut se transformer en uranium-233 et contribuer à la fission. Les avantages potentiels comprennent une plus grande sûreté passive et une autre voie de gestion des déchets, mais cette technologie doit encore surmonter des difficultés liées aux matériaux, à la réglementation et aux coûts.
Principales sources consultées : PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Dernière révision : novembre 2026.