Voir la source de Actinide

{{2autres|la famille d'éléments|le fruit de la plante [[Actinidia deliciosa]]|Kiwi}}
{{Éléments/Actinides}}

Les '''actinides''' sont une [[Famille d'éléments chimiques|famille]] du [[Tableau périodique des éléments|tableau périodique]] comprenant les quinze [[Élément chimique|éléments chimiques]] allant de l'[[actinium]] ({{n°|89}}) au [[lawrencium]] ({{n°|103}}). Ces [[Élément-trace métallique|métaux lourds]] tirent leur nom de l'actinium, premier de la famille, en raison de leurs propriétés chimiques apparentées. On les désigne parfois sous le symbole chimique collectif An, qui représente alors n'importe quel actinide. Ce sont tous des éléments du [[Bloc f du tableau périodique|bloc f]], hormis le [[lawrencium]], qui appartient au [[Bloc d du tableau périodique|bloc d]]. Contrairement aux [[lanthanide]]s, qui appartiennent également au bloc f, les actinides présentent un nombre de [[Couche de valence|valence]] sensiblement plus variable. Ils ont tous un [[rayon atomique]] et un [[rayon ionique]] élevé, et leurs propriétés physiques sont particulièrement diverses. Ainsi, alors que les actinides de [[numéro atomique]] élevé se comportent chimiquement comme des lanthanides, ceux du début de la famille, allant du [[thorium]] au [[neptunium]], ont une chimie évoquant par certains aspects celle des [[Métal de transition|métaux de transition]].

Tous les actinides sont [[Radioactivité|radioactifs]], et libèrent de l'énergie par [[désintégration radioactive]]. Ils sont tous [[Isotope fissible|fissibles]] en [[Neutron rapide|neutrons rapides]], et quelques uns en [[Neutron thermique|neutrons thermiques]]. L'[[uranium]], le [[thorium]] et le [[plutonium]] sont les actinides les plus abondants sur [[Terre]], les deux premiers étant des [[élément primordial (planétologie)|éléments primordiaux]] tandis que le troisième est [[Élément synthétique|synthétisé]] par l'[[industrie nucléaire]] ; ces trois éléments sont utilisés dans les [[Réacteur nucléaire|réacteurs nucléaires]] ainsi que dans la production d'[[Arme nucléaire|armes nucléaires]]. L'[[américium]] est le seul élément synthétique à posséder un usage commercial civil, dans les [[Chambre d'ionisation|chambres d'ionisation]] des [[Détecteur et avertisseur autonome de fumée|détecteurs de fumée]]. Parmi les actinides, seuls le thorium et l'uranium sont présents en quantité significative dans le milieu naturel du fait de la très longue [[Période radioactive|demi-vie]] de leurs [[isotopes]] les plus stables. La désintégration du [[thorium 232]] et de l'[[uranium 235]] produit de l'[[actinium]] et du [[protactinium]], qui sont eux-mêmes radioactifs et ne sont donc présents dans la nature que temporairement avant de se désintégrer à leur tour. De faibles quantités de [[neptunium]] et peut-être également de [[plutonium]] se forment également par [[transmutation]] dans les [[Minerai d'uranium|minerais d'uranium]]. Tous les autres actinides sont exclusivement synthétiques ; on peut cependant trouver des traces de certains d'entre eux dans l'environnement à la suite d'[[Essai nucléaire|essais nucléaires]] atmosphériques, comme l'[[américium]], le [[curium]], le [[berkélium]], le [[californium]], l'[[einsteinium]] et le [[fermium]]<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteurs     = P. R. Fields, M. H. Studier, H. Diamond, J. F. Mech, M. G. Inghram, G. L. Pyle, C. M. Stevens, S. Fried, W. M. Manning, A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins et G. T. Seaborg
 | titre       = Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris
 | périodique  = Physical Review
 | volume      = 102
 | numéro      = 1
 | mois        = avril
 | année       = 1956
 | pages       = 180-182
 | url texte   = http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.102.180
 | consulté le = 5 février 2017
 | doi         = 10.1103/PhysRev.102.180
 | bibcode     = 1956PhRv..102..180F
}}</ref>. Ils sont produits à partir d'éléments plus légers par [[capture neutronique]].

L'actinide synthétique le plus abondamment produit est le [[plutonium]], notamment le {{lnobr|plutonium 239}}. Cet [[isotope]] n'est pas considéré comme un déchet radioactif car il est lui-même un [[isotope fissile]]. Mais les réacteurs nucléaires génèrent, en quantité moindre, d'autres actinides qui sont appelés « mineurs ». La qualification de « mineurs » rend compte du fait que ces éléments sont présents en bien moins grande proportion que les actinides majeurs, uranium et plutonium. Les actinides mineurs constituent avec les [[Produit de fission|produits de fission]] une partie<ref>Les actinides mineurs représentent entre 2,7 % et 3,2 % en masse des produits de fission</ref> des [[déchets HAVL]], c’est-à-dire les déchets de l'industrie électronucléaire les plus fortement radioactifs.

<gallery mode="nolines" caption="Exemples d'actinides">
HEUranium-ccw.jpg | [[Uranium enrichi]].
HD.6D.724 (13452891054).jpg | Composants en [[uranium]] usinés.
Neptunium2.jpg | Sphère en [[neptunium]].
Plutonium ring.jpg | [[Plutonium]] de qualité militaire.
Americium microscope.jpg | [[Américium]] vu au microscope.
Berkelium metal.jpg | [[Berkélium]] (échantillon de {{unité|1.7|µg}} long de {{unité|100|µm}}).
Californium.jpg | [[Californium]] (échantillon de {{unité|10|mg}} large d'environ {{unité|1|mm}}).
</gallery>

== Propriétés ==

=== Propriétés physiques ===

[[Fichier:RayonsIonique&MétalliqueDesActinides.JPG|redresse=1.6|vignette|Rayons métallique et ionique des actinides.]]

Les actinides présentent des propriétés semblables à celles des [[lanthanide]]s. Leurs [[électron]]s se répartissent dans les [[Sous-couche électronique|sous-couches]] 7s et 6d pour les cinq premiers actinides {{incise|[[actinium]], [[thorium]], [[protactinium]], [[uranium]] et [[neptunium]]}} et remplissent progressivement la sous-couche 5f à partir du troisième, le protactinium. On observe une diminution progressive du [[rayon ionique]] des actinides d'une façon semblable à la [[contraction des lanthanides]].

Les propriétés des actinides sont typiques des [[Métal|métaux]]. Ce sont tous des matériaux mous aux reflets argentés, mais qui ternissent rapidement à l'air libre. Certains d'entre eux peuvent être coupés au couteau. Ils ont une [[masse volumique]] et une [[plasticité]] souvent élevées. Leur [[résistivité]] varie de {{unité|15 à 150|µΩ||cm}}. La [[Dureté (matériau)|dureté]] du thorium est semblable à celle de l'acier, de sorte que le thorium pur chauffé peut être enroulé en feuillets et étiré en câbles. Le thorium est environ 40 % moins dense que l'uranium et le plutonium mais est plus dur que ces deux éléments. Tous les actinides sont [[Radioactivité|radioactifs]], [[Paramagnétisme|paramagnétiques]] et, hormis l'actinium, possèdent plusieurs [[Phase (matière)|phases]] [[cristal]]lines : l'uranium, le neptunium et le californium en ont trois, et le plutonium en a sept. La [[structure cristalline]] du protactinium, de l'uranium, du neptunium et du plutonium n'a pas d'équivalent clair parmi les lanthanides et ressemblent davantage à celle des [[Métal de transition|métaux de transition]] de la [[Période 4 du tableau périodique|{{4e|période}}]].

Tous les actinides sont [[Pyrophoricité|pyrophoriques]], particulièrement lorsqu'ils sont finement divisés, c'est-à-dire qu'ils s'enflamment spontanément à l'air libre. Leur [[point de fusion]] ne dépend pas du nombre de leurs électrons dans la sous-couche 5f ; celui du neptunium et du plutonium, inhabituellement bas à environ {{tmp|640|°C}}, s'explique par l'[[Hybridation (chimie)|hybridation]] des [[Orbitale atomique|orbitales]] 5f et 6d avec formation de liaisons directionnelles dans ces métaux.

Le tableau ci-dessous résume quelques propriétés physiques des actinides :

:{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! [[Élément chimique|Élément]]
! [[Masse atomique|Masse<br>atomique]]
! [[Point de fusion|Température<br>de fusion]]
! [[Point d'ébullition|Température<br>d'ébullition]]
! [[Masse volumique|Masse<br>volumique]]
! [[Rayon de covalence|Rayon de<br>covalence]]
! [[Configuration électronique|Configuration<br>électronique]]<ref>{{en}} ''[http://hbcponline.com/faces/contents/ContentsSearch.xhtml CRC Handbook of Chemistry and Physics]'', section 1 : ''Basic Constants, Units, and Conversion Factors'', sous-section : ''Electron Configuration of Neutral Atoms in the Ground State'', {{84e}}{{éd.}}, en ligne, CRC Press, Boca Raton, Floride, 2003.</ref>
! [[Énergie d'ionisation|Énergie<br>d'ionisation]]
! [[Électronégativité]]<br>([[Échelle de Pauling|Pauling]])
|- style="text-align:right"
! [[Actinium]]
| style="text-align:center" | [227]
| {{tmp|1227|°C}}
| {{unité/2|3200|±=300|°C}}
| {{unité|10|g||cm|-3}}
| {{unité|215|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 6d{{1}} ( * )}}
| {{unité|499|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,1
|- style="text-align:right"
! [[Thorium]]
| {{unité|232.0377|u}}
| {{tmp|1750|°C}}
| {{tmp|4788|°C}}
| {{unité|11.7|g||cm|-3}}
| {{unité/2|206|±=6|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 6d{{2}} ( * )}}
| {{unité|587|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Protactinium]]
| {{unité|231.03588|u}}
| {{tmp|1568|°C}}
| {{tmp|4027|°C}}
| {{unité|15.37|g||cm|-3}}
| {{unité|200|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{2}} 6d{{1}} ( * )}}
| {{unité|568|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,5
|- style="text-align:right"
! [[Uranium]]
| {{unité|238.02891|u}}
| {{tmp|1132.2|°C}}
| {{tmp|4131|°C}}
| {{unité|19.1|g||cm|-3}}
| {{unité/2|196|±=7|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{3}} 6d{{1}} ( * )}}
| {{unité|597.6|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,38
|- style="text-align:right"
! [[Neptunium]]
| style="text-align:center" | [237]
| {{unité/2|639|±=3|°C}}
| {{tmp|4174|°C}}
| {{unité|19.38|g||cm|-3}}
| {{unité/2|190|±=1|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{4}} 6d{{1}} ( * )}}
| {{unité|604.5|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,36
|- style="text-align:right"
! [[Plutonium]]
| style="text-align:center" | [244]
| {{tmp|639.4|°C}}
| {{tmp|3228|°C}}
| {{unité|19.816|g||cm|-3}}
| {{unité/2|187|±=1|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{6}}}}
| {{unité|584.7|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,28
|- style="text-align:right"
! [[Américium]]
| style="text-align:center" | [243]
| {{tmp|1176|°C}}
| {{tmp|2607|°C}}
| {{unité|12|g||cm|-3}}
| {{unité/2|180|±=6|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{7}}}}
| {{unité|578|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Curium]]
| style="text-align:center" | [247]
| {{tmp|1340|°C}}
| {{tmp|3110|°C}}
| {{unité|13.51|g||cm|-3}}
| {{unité/2|169|±=3|pm}}
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{7}} 6d{{1}} ( * )}}
| {{unité|581|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Berkélium]]
| style="text-align:center" | [247]
| {{tmp|986|°C}}
| {{tmp|2627|°C}}
| {{unité|13.25|g||cm|-3}}
| ''{{unité|170|pm}}''
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{9}}}}
| {{unité|601|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Californium]]
| style="text-align:center" | [251]
| {{tmp|900|°C}}
| {{tmp|1470|°C}}
| {{unité|15.1|g||cm|-3}}
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{10}}}}
| {{unité|608|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Einsteinium]]
| style="text-align:center" | [252]
| {{tmp|860|°C}}
| ''{{tmp|996|°C}}''
| {{unité|8.84|g||cm|-3}}
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{11}}}}
| {{unité|619|kJ||mol|-1}}
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Fermium]]
| style="text-align:center" | [257]
| {{tmp|1527|°C}}
| —
| ''{{unité|9.7(1)|g||cm|-3}}''
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{12}}}}
| ''{{unité|627|kJ||mol|-1}}''
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Mendélévium]]
| style="text-align:center" | [258]
| ''{{tmp|827|°C}}''
| —
| ''{{unité|10.3(7)|g||cm|-3}}''
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{13}}}}
| —
| style="text-align:center" | 1,3
|- style="text-align:right"
! [[Nobélium]]
| style="text-align:center" | [259]
| ''{{tmp|827|°C}}''
| —
| ''{{unité|9.9(4)|g||cm|-3}}''
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{14}}}}
| ''{{unité|641.6|kJ||mol|-1}}''
| style="text-align:center" | ''1,3''
|- style="text-align:right"
! [[Lawrencium]]
| style="text-align:center" | [266]
| ''{{tmp|1627|°C}}''
| —
| ~{{unité|15.6–16.6|g||cm|-3}}
| —
| style="text-align:left" | {{nobr|&#91;[[Radon|Rn]]&#93; 7s{{2}} 5f{{14}} 7p{{1}} ( * )}}
| ''{{unité|478.6|kJ||mol|-1}}''
| style="text-align:center" | —
|}
:( * ) Exceptions à la [[règle de Klechkowski]] : [[actinium]] {{ind|89}}Ac, [[thorium]] {{ind|90}}Th, [[protactinium]] {{ind|91}}Pa, [[uranium]] {{ind|92}}U, [[neptunium]] {{ind|93}}Np, [[curium]] {{ind|96}}Cm et [[lawrencium]] {{ind|103}}Lr.

=== Propriétés chimiques ===

Les actinides réagissent encore plus facilement que les [[lanthanide]]s avec les [[halogène]]s ({{17e|groupe}} du [[Tableau périodique des éléments|tableau périodique]]) et les [[chalcogène]]s ({{16e|groupe}}). Ceux à faible nombre d'électrons dans leur sous-couche 5f sont facilement enclins à l'[[Hybridation (chimie)|hybridation]]. Cela s'explique par les niveaux d'énergie très voisins entre sous-couches 7s, 5f et 6d. La plupart des actinides présentent une grande variété d'[[État d'oxydation|états d'oxydation]], les plus stables étant l'état +6 pour l'[[uranium]], +5 pour le [[protactinium]] et le [[neptunium]], +4 pour le [[thorium]] et le [[plutonium]], et +3 pour l'[[actinium]] et les autres actinides.

* '''[[Actinium]]''' — Du point de vue chimique, il est semblable au lanthane, ce qui s'explique par leur [[rayon ionique]] et leur [[configuration électronique]] semblables. Il possède également l'état d'oxydation +3 mais est moins réactif et présente des propriétés basiques plus prononcées. Ac{{exp|3+}} est plus acide des actinides trivalents, c'est-à-dire que c'est celui qui a le moins tendance à l'[[hydrolyse]] en [[solution aqueuse]].

* '''[[Thorium]]''' — Il est chimiquement plutôt réactif. Ses composés tétravalents sont incolores en raison de l'absence d'[[électron]]s dans les sous-couches 5f et 6d. À {{nobr|[[Potentiel hydrogène|pH]] < 3}}, les solutions de [[Sel (chimie)|sels]] de thorium sont dominées par les [[cation]]s [{{fchim|Th(H|2|O)|8}}]{{exp|4+}}. L'[[ion]] Th{{exp|4+}} est relativement gros, avec un rayon variant de {{unité|95|pm}} à {{unité|114|pm}} en fonction du [[Coordinence|nombre de coordination]]. Les sels de thorium ont par conséquent une faible tendance à s'hydrolyser. Leur particularité est d'être extrêmement solubles, non seulement dans l'eau mais également dans les [[Solvant organique|solvants organiques]] [[Solvant polaire|polaires]].

* '''[[Protactinium]]''' — Il présente deux états d'oxydation : +5 est stable, tandis que +4 s'oxyde facilement en protactinium({{V}}). Une solution de protactinium tétravalent s'obtient par conséquent par l'action d'un [[Réducteur (chimie)|réducteur]] fort sous atmosphère d'hydrogène. Le protactinium({{IV}}) est chimiquement semblable à l'uranium({{IV}}) et au thorium({{IV}}). Les [[fluorure]]s, [[phosphate]]s, [[Acide hypophosphorique|hypophosphates]] et [[iodate]]s de protactinium({{IV}}) sont insolubles dans l'eau et les [[acide]]s dilués. Le protactinium forme en revanche des [[carbonate]]s solubles. Les caractéristiques de l'hydrolyse des composés de protactinium({{V}}) sont semblables à celles des composés de [[Tantale (chimie)|tantale]]({{V}}) et de [[niobium]]({{V}}). Les propriétés chimiques complexes du protactinium résultent du fait que c'est à son niveau que la sous-couche 5f commence à se remplir.

* '''[[Uranium]]''' — Il présente une valence de 3 à 6, cette dernière étant la plus stable. À l'état hexavalent, l'uranium est très semblable aux éléments du [[Groupe 6 du tableau périodique|groupe 6]]. De nombreux composés d'uranium({{IV}}) et d'uranium({{VI}}) sont [[Stœchiométrie|non stœchiométriques]], c'est-à-dire que leur composition chimique n'est pas constante et présente un écart variable à la stœchiométrie. Ainsi, la formule chimique exacte du [[dioxyde d'uranium]] est {{fchim|UO|2+δ}}, où δ varie de -0,4 à +0,32. Les composés d'uranium({{VI}}) sont des [[oxydant]]s faibles. La plupart d'entre eux contiennent le groupe linéaire [[uranyle]] {{fchim|UO|2}}{{exp|2+}}. De quatre à six ligands peuvent se loger dans un plan équatorial perpendiculaire au groupe uranyle. Ce dernier se comporte comme un [[acide dur]] et forme des [[Complexe (chimie)|complexes]] plus forts avec des [[Ligand (chimie)|ligands]] donneurs d'oxygène qu'avec des ligands donneurs d'azote. Les ions {{fchim|NpO|2}}{{exp|2+}} et {{fchim|PuO|2}}{{exp|2+}} sont également des formes courantes du [[neptunium]] et du [[plutonium]] à l'état d'oxydation +6. Les composés d'uranium({{VI}}) présentent des propriétés réductrices, c'est-à-dire qu'ils sont facilement oxydés par l'oxygène de l'air. L'uranium({{III}}) est un réducteur fort. Grâce à la présence d'électrons dans la sous-couche 6d, l'uranium forme des [[Composé organométallique|composés organométalliques]] tels que U{{exp|{{III}}}}{{fchim|(C|5|H|5|)|3}} et U{{exp|{{IV}}}}{{fchim|(C|5|H|5|)|4}}.

* '''[[Neptunium]]''' — Il présente des valences allant de 3 à 7 pouvant être observées simultanément en solution. L'état d'oxydation le plus stable est +5, mais la valence 4 est la plus fréquente dans les composés solides du neptunium. Le neptunium métallique est très réactif. Les ions de neptunium tendent à former des [[Complexe (chimie)|composés de coordination]] et sont facilement hydrolysés.

* '''[[Plutonium]]''' — Il présente également des valences allant de 3 à 7 et est de ce fait chimiquement semblable au neptunium et à l'uranium. Il est très réactif et il se forme rapidement un film d'[[oxyde]] sur ses surfaces exposées à l'air libre. Il réagit avec l'hydrogène même à des températures aussi basses que {{tmp|25|50|°C}}. Il forme facilement des [[halogénure]]s et des alliages [[intermétallique]]s. Le plutonium({{V}}) peut prendre part à des réactions de [[polymérisation]]. Les réactions d'hydrolyse des ions de plutonium à différents états d'oxydation sont assez variables.

* '''[[Américium]]''' — Il présente la plus grande diversité chimique parmi les actinides, avec des valences allant de 2 à 6. L'américium divalent s'observe uniquement dans les composés secs et les solutions non aqueuses ([[acétonitrile]] {{fchim|CH|3|CN}}). Les états d'oxydation +3, +5 et +6 s'observent typiquement en solution aqueuse, mais aussi à l'état solide. L'américium tétravalent forme des composés solides stables ([[dioxyde]], [[fluorure]] et [[hydroxyde]]) ainsi que des complexes en solution aqueuse. Sa valence la plus stable est 3 en solution aqueuse mais 3 ou 4 à l'état solide.

La valence 3 est la plus stable pour tous les éléments suivant l'américium jusqu'au [[lawrencium]], hormis peut-être pour le [[nobélium]]. Le '''[[curium]]''' peut être tétravalent dans les solides (fluorures, dioxyde). Le '''[[berkélium]]''' présente, dans les fluorures et le dioxyde solides, une valence 4 plus stable que celle du curium, en plus de la valence 3 ; la stabilité de l'ion Bk{{exp|4+}} en solution est semblable à celle de l'ion Ce{{exp|4+}}. La valence 3 est la seule à avoir été observée pour le '''[[californium]]''', l''''[[einsteinium]]''' et le '''[[fermium]]'''. La valence 2 a été observée pour le '''[[mendélévium]]''' et le '''[[nobélium]]''' ; dans ce dernier cas, elle est plus stable que la valence 3. Le '''[[lawrencium]]''' présente une valence 3 aussi bien en solution que dans les composés solides.

<gallery mode="nolines">
Uranyl nitrate.jpg | [[Nitrate d'uranyle]] {{fchim|UO|2|(NO|3|)|2}}.
U Oxstufen.jpg | [[Sel (chimie)|Sels]] d'[[uranium]] {{III}}, {{IV}}, {{V}} et {{VI}} en [[solution aqueuse]].
Np ox st.jpg | [[Sel (chimie)|Sels]] de [[neptunium]] {{III}}, {{IV}}, {{V}}, {{VI}} et {{VII}} en [[solution aqueuse]].
Plutonium in solution.jpg | [[Sel (chimie)|Sels]] de [[plutonium]] {{III}}, {{IV}}, {{V}}, {{VI}} et {{VII}} en [[solution aqueuse]].
UCl4.jpg | [[Tétrachlorure d'uranium]] {{fchim|UCl|4}}.
Uranium hexafluoride crystals sealed in an ampoule.jpg | [[Hexafluorure d'uranium]] {{fchim|UF|6}} en ampoule scellée.
Triuranium octoxide.JPG | [[Octaoxyde de triuranium]] {{fchim|U|3|O|8}}.
Yellowcake in a test tube.jpg | [[Yellowcake]] dans un [[tube à essais]].
</gallery>

=== Radioactivité ===

:{| class="wikitable alternance right" style="text-align:center"
|+ Isotopes les plus stables des actinides<ref>{{Lien web
 | langue      = en
 | url         = http://www.ciaaw.org/radioactive-elements.htm
 | titre       = Radioactive elements
 | année       = 2012
 | site        = International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) – Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW)
 | consulté le = 16 février 2017
}}.</ref>
|-
! [[Élément chimique|Élément]]
! [[Radioisotope]]
! [[Période radioactive|Demi-vie]]
|-
! [[Actinium]]
| {{exp|227}}Ac
| {{unité/2|21.772(3)|a}}
|-
! [[Thorium]]
| {{exp|232}}Th
| {{unité/2|14.05(6)|Ga}}
|-
! [[Protactinium]]
| {{exp|231}}Pa
| {{unité/2|32.76(11)|ka}}
|-
! [[Uranium]]
| {{exp|238}}U
| {{unité/2|4.468(3)|Ga}}
|-
! [[Neptunium]]
| {{exp|237}}Np
| {{unité/2|2144(7)|ka}}
|-
! [[Plutonium]]
| {{exp|244}}Pu
| {{unité/2|80(0.9)|Ma}}
|-
! [[Américium]]
| {{exp|243}}Am
| {{unité/2|7.37(4)|ka}}
|-
! [[Curium]]
| {{exp|247}}Cm
| {{unité/2|15.6(5)|Ma}}
|-
! [[Berkélium]]
| {{exp|247}}Bk
| {{unité/2|1.38(25)|ka}}
|-
! [[Californium]]
| {{exp|251}}Cf
| {{unité/2|900(40)|a}}
|-
! [[Einsteinium]]
| {{exp|252}}Es
| {{unité|471.7(1.9)|j}}
|-
! [[Fermium]]
| {{exp|257}}Fm
| {{unité|100.5(0.2)|j}}
|-
! [[Mendélévium]]
| {{exp|258}}Md
| {{unité|51.5(0.3)|j}}
|-
! [[Nobélium]]
| {{exp|259}}No
| {{unité/2|58(5)|min}}
|-
! [[Lawrencium]]
| {{exp|262}}Lr
| {{unité/2|4(1)|h}}
|}

On connaît généralement un grand nombre d'[[isotope]]s pour chacun des actinides. Tous ces isotopes sont [[Radioactivité|radioactifs]] ([[radioisotope]]s), et presque tous sont [[Élément synthétique|synthétiques]]. Seuls le {{lnobr|thorium 232}}, l'{{lnobr|uranium 235}} et l'{{lnobr|uranium 238}} sont des [[Nucléide primordial|nucléides primordiaux]], tandis que le {{lnobr|thorium 230}}, le {{lnobr|protactinium 231}} et l'{{lnobr|uranium 234}} sont présents en quantités significatives dans l'environnement comme produits de désintégration transitoires à longue [[Période radioactive|demi-vie]] de l'[[Uranium#Uranium naturel|uranium naturel]]. Ainsi, le [[thorium]] naturel est composé de 99,98(2) % de {{exp|232}}Th et de 0,02(2) % {{exp|230}}Th, le [[protactinium]] naturel est composé à 100 % de {{exp|231}}Pa, et l'[[uranium]] naturel est composé de 0,0054(5) % de {{exp|234}}U, 0,7204(6) % de {{exp|235}}U, et 99,2742(10) % de {{exp|238}}U.

* '''[[Thorium]]''' — On connaît 30 [[isotopes du thorium]], du {{exp|209}}Th au {{exp|238}}Th. Le {{lnobr|thorium 232}} est le plus stable, avec une demi-vie de {{unité|14.05|milliards}} d'années, légèrement supérieure à la valeur généralement acceptée pour l'[[âge de l'univers]]. Il se désintègre à travers une [[chaîne de désintégration]] comptant {{unité|12|nucléides}} et aboutissant au {{lnobr|plomb 208}}. Les autres isotopes sont sensiblement plus instables : le {{lnobr|thorium 230}} a une demi-vie de {{unité|75380|ans}}, le {{lnobr|thorium 229}} a une demi-vie de {{unité|7340|ans}}, et le {{lnobr|thorium 238}} a une demi-vie de {{unité|1.92|ans}}. Tous les autres ont une demi-vie de moins de {{unité|30|jours}}, et la plupart ont une demi-vie de moins de {{unité/2|10|min}}. L'isomère {{exp|229m}}Th est caractérisé par une énergie d'excitation particulièrement faible, de l'ordre de {{unité/2|7.8|±=0.5|eV}}.

* '''[[Uranium]]''' — On connaît 28 [[isotopes de l'uranium]], du {{exp|215}}U au {{exp|242}}U. L'{{lnobr|uranium 238}} est le plus stable, avec une [[Période radioactive|demi-vie]] de {{unité|4.4683|milliards}} d'années, proche de l'[[âge de la Terre]]. C'est un [[Radioactivité alpha|{{nobr|émetteur α}}]] dont la [[chaîne de désintégration]] compte {{unité|18|nucléides}} et aboutit au {{lnobr|plomb 206}}. L'{{lnobr|uranium 235}} a une chaîne de désintégration de {{unité|15|nucléides}} aboutissant au {{lnobr|plomb 207}}. Ces deux isotopes sont intéressants pour l'[[industrie nucléaire]] ainsi que pour la production d'[[Arme nucléaire|armes nucléaires]] car {{exp|235}}U est le seul [[isotope fissile]] disponible naturellement en quantité appréciable, tandis que {{exp|238}}U est [[Isotope fertile|fertile]] : il se transforme en {{exp|239}}U par [[capture neutronique]], lequel se [[Transmutation|transmute]] en {{lnobr|neptunium 239}} puis en {{lnobr|plutonium 239}}, ce dernier étant fissile.

* '''[[Plutonium]]''' — On connaît 20 [[isotopes du plutonium]], du {{exp|228}}Pu au {{exp|247}}Pu. Les plus stables sont le {{lnobr|plutonium 244}}, avec une demi-vie de {{unité|80.8|millions}} d'années, le {{lnobr|plutonium 242}}, avec une demi-vie de {{unité|373300|ans}}, et le {{lnobr|plutonium 239}}, avec une demi-vie de {{unité|24110|ans}}. Tous les autres isotopes du plutonium ont une demi-vie inférieure à {{unité|7000|ans}}. Parmi tous ces isotopes, {{exp|239}}Pu et {{exp|241}}Pu sont fissiles, ce dernier se désintégrant également en {{lnobr|américium 241}} par [[Désintégration bêta|émission β{{exp|−}}]] avec une période de {{unité|14|ans}}. L'isotope {{exp|239}}Pu est l'un des trois matériaux fissiles utilisés pour produire des armes nucléaires et alimenter des réacteurs nucléaires. Par ailleurs, on connaît également huit [[Isomère nucléaire|isomères]], dont aucun n'a une demi-vie supérieure à {{unité|1|s}}.

== Composés ==

=== Oxydes et hydroxydes ===

[[Fichier:CaF2 polyhedra.png|redresse=1.15|vignette|[[Structure cristalline]] des [[dioxyde]]s {{fchim|AnO|2}} : <div class="center" style="width:auto; margin-left:auto; margin-right:auto;"><span style="color:#C0C0C0; background-color:#C0C0C0;">__</span> An<sup>4+</sup> &nbsp; &nbsp; <span style="color:#99CC00; background-color:#99CC00;">__</span> [[Oxygène|O<sup>2−</sup>]]</div>]]

Certains actinides peuvent exister sous plusieurs formes oxydées telles que {{fchim|An|2|O|3}}, {{fchim|AnO|2}}, {{fchim|An|2|O|5}} et {{fchim|AnO|3}}, où An symbolise un actinide quelconque. Les trioxydes {{fchim|AnO|3}} sont [[Ampholyte|amphotères]] pour tous les actinides, tandis que les oxydes {{fchim|An|2|O|3}}, {{fchim|AnO|2}} et {{fchim|An|2|O|5}} sont [[Base (chimie)|basiques]], réagissant facilement avec l'eau pour donner des [[hydroxyde]]s basiques :

:{{fchim|An|2|O|3}} + 3 {{fchim|H|2|O}} → 2 {{fchim|An(OH)|3}}.

Ces bases sont faiblement solubles dans l'eau et leur activité est proche de celle des hydroxydes des [[Terre rare|terres rares]]. La base la plus forte est celle de l'[[actinium]]. Tous les composés de l'actinium sont incolores, hormis le sulfure d'actinium {{fchim|Ac|2|S|3}}. Les dioxydes d'actinides tétravalents cristallisent dans le [[système cristallin cubique]], avec la même structure cristalline que le [[fluorure de calcium]] {{fchim|CaF|2}}.

Le [[thorium]] réagit avec l'[[Dioxygène|oxygène]] pour former exclusivement du [[dioxyde de thorium]] {{fchim|ThO|2}} :

:[[Thorium|Th]] + [[Dioxygène|{{fchim|O|2}}]] → [[Dioxyde de thorium|{{fchim|ThO|2}}]] à {{tmp|1000|°C}}.

Le dioxyde de thorium est un minéral réfractaire dont le [[point de fusion]] vaut {{tmp|3390|°C}}, le plus élevé connu pour un [[oxyde]]. L'addition de 0,8 à 1 % de {{fchim|ThO|2}} à du [[tungstène]] en stabilise la structure, ce qui permet de renforcer les [[Filament (lampe)|filaments de tungstène]] pour les rendre plus résistants aux vibrations. Le {{fchim|ThO|2}} doit être chauffé de {{tmp|500|600|°C}} pour le dissoudre dans l'acide, tandis que son chauffage au-dessus de {{tmp|600|°C}} produit une forme de dioxyde de thorium très résistante aux acides. L'addition d'une petite quantité d'[[Ion fluorure|ions fluorure]] F{{exp|−}} catalyse la dissolution du dioxyde de thorium dans les acides.

On connaît deux oxydes de [[protactinium]] : le dioxyde noir {{fchim|PaO|2}} et l'oxyde blanc {{fchim|Pa|2|O|5}} ; le premier est isomorphe avec le dioxyde de thorium {{fchim|ThO|2}} mais le second est le plus facile à produire. Ces deux oxydes sont basiques, et l'[[hydroxyde]] {{fchim|Pa(OH)|5}} est une base faible faiblement soluble.

La décomposition de certains [[Sel (chimie)|sels]] d'[[uranium]] à l'air libre à {{tmp|400|°C}}, par exemple le [[nitrate d'uranyle]] [[Hydrate|hydraté]] {{fchim|UO|2|(NO|3|)·6H|2|O}}, donne le [[trioxyde d'uranium]] {{fchim|UO|3}}, de couleur orange. Cet oxyde est [[Ampholyte|amphotère]] et forme plusieurs [[hydroxyde]]s, dont le plus stable est {{fchim|UO|2|(OH)|2}}. La réduction du trioxyde d'uranium par l'[[Dihydrogène|hydrogène]] conduit au [[dioxyde d'uranium]] {{fchim|UO|2}}, dont les propriétés sont semblables à celle du dioxyde de thorium {{fchim|ThO|2}}. Cet oxyde est également basique, donnant l'hydroxyde d'uranium {{fchim|U(OH)|4}}.

Le [[neptunium]], le [[plutonium]] et l'[[américium]] forment deux types d'oxydes basiques : {{fchim|An|2|O|3}} et {{fchim|AnO|2}}. Le trioxyde de neptunium {{fchim|NpO|3}} est instable, de sorte qu'il n'est possible de produire que du {{fchim|Np|3|O|8}}. Cependant, les oxydes de neptunium et de plutonium de formules génériques {{fchim|AnO|2}} et {{fchim|An|2|O|3}} sont bien caractérisés.

=== Sels ===

[[Fichier:UCl3 without caption.png|redresse=1.15|vignette|[[Structure cristalline]] des [[chlorure]]s {{fchim|AnCl|3}} : <div class="center" style="width:auto; margin-left:auto; margin-right:auto;"><span style="color:silver; background-color:silver;">__</span> An<sup>3+</sup> &nbsp; &nbsp; <span style="color:#0F0; background-color:#0F0;">__</span> [[Chlore|Cl<sup>−</sup>]]</div>]]

Les actinides réagissent facilement avec les [[halogène]]s pour former des [[Sel (chimie)|sels]] de formules génériques {{fchim|AnX|3}} et {{fchim|AnX|4}}, où An représente un actinide quelconque et X un halogène quelconque. Le premier composé de [[berkélium]] a été synthétisé en 1962 sous la forme de {{unité/2|3|ng}} du [[chlorure]] {{fchim|BkCl|3}}. Les chlorures, [[bromure]]s et [[iodure]]s d'actinides sont solubles dans l'eau tandis que les [[fluorure]]s sont insolubles, comme c'est également le cas pour les sels correspondants de [[Terre rare|terres rares]]. L'uranium forme facilement un hexafluorure incolore, l'[[hexafluorure d'uranium]] {{fchim|UF|6}}, qui se [[Sublimation (physique)|sublime]] à {{tmp|56.5|°C}} ; cette propriété le rend utile pour séparer les [[isotopes de l'uranium]] par centrifugation en phase gazeuse ou par diffusion gazeuse. Les hexafluorures d'actinides ont des propriétés semblables à celles des [[anhydride]]s. Ils sont très sensibles à l'humidité et s'[[hydrolyse]]nt en formant des composés {{fchim|AnO|2|F|2}}. Le [[pentachlorure d'uranium]] {{fchim|UCl|5}} et l'{{Lien|langue=en|trad=Uranium hexachloride|fr=hexachlorure d'uranium}} {{fchim|UCl|6}} ont été synthétisés mais sont tous les deux instables.

Lorsqu'ils réagissent avec des actinides, les [[acide]]s donnent des sels ; lorsque ces acides ne sont pas [[oxydant]]s, l'actinide reste dans un [[état d'oxydation]] peu élevé :

:[[Uranium|U]] + 2 [[Acide sulfurique|{{fchim|H|2|SO|4}}]] → [[Sulfate d'uranium(IV)|{{fchim|U(SO|4|)|2}}]] + 2 [[Dihydrogène|{{fchim|H|2}}]] ;
:2 [[Plutonium|Pu]] + 6 [[Acide chlorhydrique|HCl]] → 2 [[Chlorure de plutonium(III)|{{fchim|PuCl|3}}]] + 3 [[Dihydrogène|{{fchim|H|2}}]].

Cependant, l'hydrogène généré au cours de ces réactions peut réagir avec l'actinide pour former l'[[hydrure]] correspondant. L'uranium réagit avec les acides et l'eau bien plus facilement que le thorium.

Les sels d'actinides peuvent également être obtenus par dissolution des [[hydroxyde]]s correspondants dans des acides. Les [[nitrate]]s, [[chlorure]]s, [[sulfate]]s et [[perchlorate]]s d'actinides sont solubles dans l'eau. Lorsqu'ils [[Cristallisation (chimie)|cristallisent]] à partir d'une [[solution aqueuse]], ces sels forment des [[hydrate]]s tels que {{fchim|Th(NO|3|)|4|·6H|2|O}}, {{fchim|Th(SO|4|)|2|·9H|2|O}} et {{fchim|Pu|2|(SO|4|)|3|·7H|2|O}}. Les sels d'actinides à valence élevée s'hydrolysent facilement. Les sulfate, chlorure, perchlorate et nitrate de thorium donnent ainsi des sels basiques tels que {{fchim|Th(OH)|2|SO|4}} et {{fchim|Th(OH)|3|NO|3}}. La [[solubilité]] des actinides trivalents et tétravalents suit celle des sels de lanthanides. Les phosphates, fluorures, oxalates, iodates et carbonates d'actinides sont ainsi faiblement solubles dans l'eau ; ils précipitent sous forme d'hydrates, comme {{fchim|ThF|4|·3H|2|O}} et {{fchim|Th(CrO|4|)|2|·3H|2|O}}.

Les actinides à l'état d'oxydation +6 {{incise|hormis les cations de type {{fchim|AnO|2}}{{exp|2+}}}} forment des anions complexes tels que [{{fchim|AnO|4}}]{{exp|2−}} ou encore [{{fchim|An|2|O|7}}]{{exp|2−}}, par exemple. Ainsi, l'[[uranium]], le [[neptunium]] et le [[plutonium]] forment des sels de type {{fchim|Na|2|UO|4}} ([[uranate]]) et {{fchim|(NH|4|)|2|U|2|O|7}} ([[diuranate]]). Par rapport aux lanthanides, les actinides donnent plus facilement des composés de coordination, et ce d'autant plus que leur valence est élevée. Les actinides trivalents ne forment pas de fluorures coordonnés, tandis que le thorium tétravalent forme les complexes {{fchim|K|2|ThF|6}}, {{fchim|KThF|5}} et même {{fchim|K|5|ThF|9}}. Le thorium forme également les sulfates (par exemple {{fchim|Na|2|SO|4|·Th(SO|4|)|2|·5H|2|O}}), nitrates et [[thiocyanate]]s correspondants. Les sels de formule générique {{fchim|An|2|Th(NO|3|)|6|·''n''H|2|O}} sont coordonnés, avec une [[coordinence]] égale à 12 pour le thorium. Les actinides pentavalents et hexavalents produisent des sels complexes encore plus facilement. Les composés de coordination d'actinides {{incise|thorium et uranium tétravalents}} les plus stables s'obtiennent à partir de [[Cétone|dicétones]] telles que l'[[acétylacétone]] {{fchim|H|3|C–CO–CH|2|–CO–CH|3}}.

== Toxicité ==

Les actinides sont des éléments chimiques toxiques, c'est-à-dire que le [[corps humain]] exposé à des actinides ou à leurs composés est susceptible de subir des lésions et de développer des maladies. Cette toxicité résulte à la fois des propriétés chimiques et de la [[radioactivité]] des actinides, de sorte qu'elle est très variable en nature et en intensité d'un élément à l'autre.

=== Toxicité chimique ===

* '''[[Thorium]]''' — Il présente une toxicité chimique limitée en raison de la faible solubilité de ses composés, notamment du [[dioxyde de thorium]] {{fchim|ThO|2}}, dans l'eau. Certains de ces composés sont cependant modérément toxiques. La manipulation de tels composés peut entraîner des [[dermatite]]s. Les symptômes peuvent apparaître des dizaines d'années après avoir été en contact avec ces composés. Par ailleurs, le thorium métallique pulvérulent est [[Pyrophoricité|pyrophorique]] et prend feu spontanément à l'air libre.

[[Fichier:30mm DU slug.jpg|vignette|[[Pénétrateur à énergie cinétique|Pénétrateur]] en [[uranium appauvri]]. Les actinides présentent une toxicité chimique indépendante de leur [[radioactivité]].]]

* '''[[Uranium]]''' — L'essentiel de l'uranium ingéré par voie orale est excrété à l'issue de la digestion. Environ 0,5 % de sa fraction insoluble (notamment ses [[oxyde]]s) et 5 % de sa fraction soluble (essentiellement sous forme d'ions [[uranyle]] {{fchim|UO|2}}{{exp|2+}}) peuvent être absorbée au cours du processus. Cependant, ce sont les composés insolubles de l'uranium qui sont les plus dangereux, notamment lorsqu'ils sont inhalés sous formes d'aérosols, car ils se fixent dans les poumons, d'où ils diffusent ensuite dans le reste du corps. Une fois passé dans le [[sang]], l'uranium tend à s'accumuler préférentiellement dans les [[os]] en raison de son affinité pour les [[phosphate]]s ; il y demeure alors pendant plusieurs années. Les effets sur la santé sont multiples et se manifestent par des altérations du fonctionnement des [[rein]]s, du [[cerveau]], du [[foie]], du [[cœur]] et d'autres systèmes physiologiques en raison de la toxicité chimique de l'uranium<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteurs     = Elena S. Craft, Aquel W. Abu-Qare, Meghan M. Flaherty, Melissa C. Garofolo, Heather L. Rincavage et Mohamed B. Abou-Donia
 | titre       = Depleted and natural uranium: chemistry and toxicological effects
 | périodique  = Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B
 | volume      = 7
 | numéro      = 4
 | mois        = juillet-août
 | année       = 2004
 | pages       = 297-317
 | url texte   = http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10937400490452714
 | consulté le = 11 février 2017
 | doi         = 10.1080/10937400490452714
 | pmid        = 15205046
}}</ref>. L'uranium est également [[Reprotoxicité|reprotoxique]]<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteurs     = Rita Hindin, Doug Brugge et Bindu Panikkar
 | titre       = Teratogenicity of depleted uranium aerosols: A review from an epidemiological perspective
 | périodique  = Environmental Health 
 | volume      = 4
 | jour        = 26
 | mois        = août
 | année       = 2005
 | pages       = 17
 | url texte   = http://ehjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/1476-069X-4-17
 | consulté le = 11 février 2017
 | doi         = 10.1186/1476-069X-4-17
 | pmid        = 16124873
 | pmc         = 1242351
}}</ref>{{,}}<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteurs     = Darryl P. Arfsten, Kenneth R. Still et Glenn D. Ritchie
 | titre       = A review of the effects of uranium and depleted uranium exposure on reproduction and fetal development
 | périodique  = Toxicology and Industrial Health
 | volume      = 17
 | numéro      = 5-10
 | mois        = juin
 | année       = 2001
 | pages       = 180-191
 | url texte   = http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1191/0748233701th111oa
 | consulté le = 11 février 2017
 | doi         = 10.1191/0748233701th111oa
 | pmid        = 12539863
}}</ref>. Des études en laboratoire sur [[modèle animal]] ont montré que les ions uranyle {{fchim|UO|2}}{{exp|2+}}, provenant par exemple de [[trioxyde d'uranium]] {{fchim|UO|3}}, de [[nitrate d'uranyle]] {{fchim|UO|2|(NO|3|)|2}} ou d'autres composés d'uranium hexavalent, provoquent des [[maladie congénitale|maladies congénitales]] et des atteintes au [[système immunitaire]]<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | auteurs     = J. L. Domingo, J. L. Paternain, J. M. Llobet et J. Corbella
 | titre       = The developmental toxicity of uranium in mice
 | périodique  = Toxicology
 | volume      = 55
 | numéro      = 1-2
 | mois        = avril
 | année       = 1989
 | pages       = 143-152
 | url texte   = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0300483X89901819
 | consulté le = 11 février 2017
 | doi         = 10.1016/0300-483X(89)90181-9
 | pmid        = 2711400
}}</ref>. Parmi les composés de l'uranium, l'[[hexafluorure d'uranium]] {{fchim|UF|6}}, très utilisé dans l'[[industrie nucléaire]] pour l'[[enrichissement de l'uranium]], présente un risque particulier en raison de la formation d'[[acide fluorhydrique]] au contact des [[Tissu biologique|tissus biologiques]]. Enfin, l'uranium métallique pulvérulent est [[Pyrophoricité|pyrophorique]], ce qui induit un risque d'incendie dans la mesure où des grains de petite taille prennent feu spontanément à l'air libre et à température ambiante.

* '''[[Plutonium]]''' — Chez l'[[Homo sapiens|homme]], le plutonium absorbé est transporté par des [[transferrine]]s et est stocké dans le [[sang]] par la [[ferritine]] pour finir par s'accumuler dans les [[poumon]]s, le [[foie]] et les [[os]]. Un moyen d'en limiter les effets et d'injecter un complexe [[calcium]]-[[DTPA]] dans les {{unité/2|24|h}} suivant la contamination, ce qui limite la fixation du plutonium — ainsi que de l'[[américium]] et du [[curium]]. Étant un [[élément synthétique]] produit avant tout pour sa [[radioactivité]], le plutonium est surtout connu pour sa [[radiotoxicité]] ; il présente cependant une toxicité chimique semblable à celle des autres [[Métal lourd|métaux lourds]].

=== Radiotoxicité ===

[[Fichier:Alfa beta gamma radiation penetration.svg|vignette|{{en}} Pénétration de différents [[Rayonnement ionisant|rayonnements ionisants]] à travers une [[feuille de papier]], une [[feuille d'aluminium]], et une brique de [[plomb]].]]

Comme toutes les substances [[Radioactivité|radioactives]], les actinides peuvent provoquer des lésions des [[Tissu biologique|tissus]] par contamination superficielle de la peau, par exposition interne résultant de l'ingestion de [[radioisotope]]s, et par exposition externe essentiellement aux [[Rayonnement bêta|{{nobr|radiations β}}]] et aux [[Rayonnement gamma|{{nobr|rayons γ}}]]. Le {{lnobr|Rayonnement alpha|rayonnement α}} ne traverse pas la peau, mais peut en revanche traverser les muqueuses des organes internes.

* '''[[Actinium]]''' — Avec le [[radium]] et les [[transuranien]]s, c'est l'un des éléments présentant la radioactivité la plus dangereuse, avec une [[activité spécifique]] particulièrement élevée pour les {{lnobr|Rayonnement alpha|radiations α}}. La principale caractéristique de l'actinium est de s'accumuler dans les couches superficielles des [[os]] et d'y demeurer. Lors des phases initiales de l'empoisonnement à l'actinium, cet élément s'accumule également dans le [[foie]]. Il est particulièrement dangereux par le fait que le temps nécessaire à son excrétion par le corps humain est supérieur à celui de sa [[désintégration radioactive]], de sorte que la majeure partie de l'actinium absorbé se désintègre dans l'organisme. Son absorption par l'[[appareil digestif]] est cependant très inférieure à celle du radium.

* '''[[Thorium]]''' — Étant un élément naturel, le thorium est présent partout en très faibles quantités, de sorte que le corps humain en contient typiquement de l'ordre de {{unité/2|100|µg}} et en absorbe {{unité/2|3|µg}} par jour. {{unité/2|200|ppm}} du thorium absorbé est fixé par l'organisme, les trois quarts dans les os. Il se désintègre très lentement et émet des {{nobr|rayons α}} qui sont dangereux s'ils proviennent de l'intérieur du corps. L'inhalation d'aérosols contaminés expose ainsi à un risque accru de [[cancer du poumon]], de [[cancer du pancréas]] et de [[leucémie]], tandis que l'ingestion de nourriture contaminée expose à un risque accru de [[cancer du foie]]. Si la radiotoxicité du thorium lui-même est assez limitée, le {{lnobr|thorium 232}}, son isotope principal, se désintègre en donnant des [[nucléide]]s tels que le [[radium]] et le [[radon]] qui sont sensiblement plus dangereux. C'est la raison pour laquelle l'utilisation de [[dioxyde de thorium]] {{fchim|ThO|2}} dans les [[Manchon à incandescence|manchons à incandescence]] présente un risque de [[contamination radioactive]] car les [[oxyde]]s des [[radionucléide]]s [[Radium 228|{{exp|228}}Ra]], [[Radium 224|{{exp|224}}Ra]], [[Plomb 212|{{exp|212}}Pb]] et [[Bismuth 212|{{exp|212}}Bi]] présentent un [[point de fusion]] inférieur à celui du {{fchim|ThO|2}} et sont donc vaporisés lors de l'utilisation du manchon, conduisant à l'inhalation de radium.

* '''[[Protactinium]]''' — Il tend à s'accumuler dans les [[rein]]s et les os. La dose maximum toléré par le [[corps humain]] est de {{unité|0.03|µCi}}, ce qui correspond environ à {{unité|0.5|µg}} de [[Protactinium 231|{{exp|231}}Pa]].

* '''[[Uranium]]''' — La [[radiotoxicité]] de l'uranium résulte de ses [[Radioactivité alpha|émissions α]]. Elle suit sa toxicité chimique (voir plus haut) et devient prépondérante pour des enrichissements en {{lnobr|uranium 235}} supérieurs à 6 % ; la toxicité chimique de l'uranium est prépondérante en dessous de ce seuil d'enrichissement, comme c'est notamment le cas pour l'[[uranium appauvri]].

* '''[[Plutonium]]''' — Il s'accumule dans les [[poumon]]s, le [[foie]] et les [[os]] quel que soit le mode de contamination {{incise|par voie aérienne, par voie alimentaire ou à la suite d'une blessure avec un objet contaminé}} et y demeure pour des décennies. À peine un dixième de la quantité absorbée atteint d'autres organes. La persistance du plutonium dans l'organisme s'explique en partie par sa faible solubilité dans l'eau. Certains [[isotopes du plutonium]] émettent des {{nobr|rayonnements α}} qui provoquent des lésions dans les [[Cellule (biologie)|cellules]] environnantes. Plusieurs méthodes, donnant des résultats très différents, permettent d'approcher la dose maximum tolérée par l'organisme avant de développer des maladies. Ainsi, la [[dose létale médiane]] du plutonium après {{unité|30 jours}} par injection intraveineuse chez le chien est de {{unité|0.32|mg||kg|-1}}, ce qui permet d'estimer la dose létale pour un [[Homo sapiens|homme]] de {{unité|70 kg}} à environ {{unité|22 mg}} de plutonium. La quantité correspondante pour une contamination par voie aérienne devrait être environ quatre fois cette dose. À l'inverse, la dose maximum pouvant être tolérée sans effet toxique peut être estimée en évaluant la toxicité du plutonium à 2 % de celle du radium, ce qui conduit à une dose maximum tolérable de {{unité|5 µg}}, soit {{unité|0.3 µCi}}. Une quantité si faible est à peine visible au microscope. Les études sur [[modèle animal]] ont conduit à réduire encore davantage cette valeur, à seulement {{unité|0.65 µg}}, soit {{unité|0.04 µCi}}. Ces études ont montré que la voie de contamination la plus dangereuse est la voie aérienne, à la suite de laquelle entre 5 et 25 % de la quantité inhalée se fixe dans l'organisme. En fonction de la taille des particules et de la solubilité des composés du plutonium, la contamination se fixe dans les poumons, dans le [[système lymphatique]], ou passe dans la [[circulation sanguine]] jusqu'à atteindre le foie et les os. La contamination alimentaire est la voie la moins probable. Dans ce cas, environ 0,05 % des composés de plutonium solubles et 0,01 % des composés insolubles passent dans le sang, tandis que le reste est excrété. L'exposition d'une lésion cutanée à du plutonium conduit en revanche à absorber la presque totalité de celui-ci.

== Abondance naturelle et minerais ==

[[Fichier:Autunitevenachat.jpg|vignette|[[Autunite]] (jaune) sur [[pechblende]].]]
[[Fichier:Uranium2.jpg|vignette|[[Minerai d'uranium]] brut.]]

Le [[thorium]] et l'[[uranium]] sont les deux actinides les plus abondants dans le milieu naturel, avec une fraction pondérale respective de 1,6{{x10|-5}} et 4{{x10|-6}}<ref>{{en}} Jay H. Lehr et Janet K. Lehr (2000), ''Standard handbook of environmental science, health, and technology'', McGraw-Hill Professional, p. 2–38 {{ISBN|0-07-038309-X}}.</ref>. L'uranium est présent dans l'[[écorce terrestre]] sous la forme d'un mélange d'[[oxyde]]s entrant dans la composition de la [[pechblende]], ou uraninite. Il existe des dizaines d'autres minéraux contenant de l'uranium, comme la [[carnotite]] {{fchim|K|2|(UO|2|)|2|(VO|4|)|2|·3H|2|O}} et l'[[autunite]] {{fchim|Ca(UO|2|)|2|(PO|4|)|2|·10-12H|2|O}}. La [[composition isotopique]] de l'uranium est de 99,274 % {{nobr|d'[[uranium 238]]}}, 0,7204 % {{nobr|d'[[uranium 235]]}} et 0,0054 % {{nobr|d'[[uranium 234]]}} ; l'isotope {{exp|238}}U possède la [[Période radioactive|demi-vie]] la plus longue : {{unité|4.51|milliards}} d'années. La production mondiale d'uranium en 2015 s'élevait à {{unité|60496 t}}, dont {{unité|23800 t}} au [[Kazakhstan]] et {{unité|13325 t}} au [[Canada]], tandis que les réserves mondiales en 2013 s'élevaient à {{unité|5902900 t}}, dont 29 % en [[Australie]] et 12 % au Kazakhstan<ref>
{{Lien web
 | langue          = en
 | url             = http://www.world-nuclear.org/info/inf23.html
 | titre           = World Uranium Mining Production
 | consulté le     = 8 février 2017
}}.</ref>.

Les minéraux les plus abondants contenant du [[thorium]] sont la [[thorianite]] {{fchim|ThO|2}}, la [[thorite]] {{fchim|(Th,U)SiO|4}} et la [[monazite]] {{fchim|(Ce,La,Nd,Th)PO|4}}. La plupart des minéraux à thorium contiennent également de l'uranium, tandis que la plupart des minéraux à uranium contiennent également du thorium ; ces minéraux contiennent également une fraction de [[lanthanide]]s.

L'abondance pondérale de l'[[actinium]] dans l'écorce terrestre n'est que de {{nombre|5 e-17}}. On le trouve dans les minéraux contenant de l'uranium, le plus souvent dans une proportion correspondant à l'équilibre isotopique avec l'{{lnobr|uranium 235}}, son isotope parent. Le [[protactinium]] est plus abondant que l'actinium, avec une abondance pondérale d'environ 10{{exp|-14}}. Sa concentration dans les minerais d'uranium suit celle de l'{{nobr|uranium 235}}.

La demi-vie du {{lnobr|neptunium 237}}, isotope le plus stable du [[neptunium]], est négligeable comparée à l'âge de la Terre, de sorte que cet élément n'existe dans le milieu naturel que comme produit intermédiaire de désintégration d'autres isotopes radioactifs. L'abondance naturelle du {{lnobr|plutonium 244}}, l'isotope le plus stable du [[plutonium]], est de {{nombre|3 e-22}} : son extrême rareté fait que le plutonium utilisé dans l'[[industrie nucléaire]] et dans celle de l'armement est entièrement synthétisé artificiellement.

== Extraction ==

En raison de la faible abondance naturelle des actinides, leur extraction à partir des minerais passe par des procédés complexes en plusieurs étapes. On utilise généralement des [[fluorure]]s comme produits intermédiaires car ils sont insolubles dans l'eau et peuvent être facilement purifiés par des [[Réaction d'oxydoréduction|réactions d'oxydoréduction]]. Les fluorures sont réduits par le [[calcium]], le [[magnésium]] et le [[baryum]] :

:2 {{Lien|langue=en|trad=Americium(III) fluoride|fr=Fluorure d'américium(III)|texte={{fchim|AmF|3}}}} + 3 [[Baryum|Ba]] → 3 [[Fluorure de baryum|{{fchim|BaF|2}}]] + 2 [[Américium|Am]], de {{tmp|1150|1350[°C}} ;
:[[Tétrafluorure de plutonium|{{fchim|PuF|4}}]] + 2 [[baryum|Ba]] → 2 [[Fluorure de baryum|{{fchim|BaF|2}}]] + [[Plutonium|Pu]], {{tmp|1200|°C}} ;
:[[tétrafluorure d'uranium|{{fchim|UF|4}}]] + 2 [[Magnésium|Mg]] → [[Uranium|U]] + 2 [[Fluorure de magnésium|{{fchim|MgF|2}}]], > {{tmp|500|°C}}.

La principale difficulté de l'extraction de l'[[actinium]], par exemple, est la grande similitude de ses propriétés avec celles du [[lanthane]], ce qui fait qu'il est généralement synthétisé par des réactions nucléaires à partir d'[[isotope]]s du [[radium]], ou alors séparé à l'aide de procédés par échange d'ions.

=== Extraction du thorium ===

Le thorium et l'uranium sont les premiers actinides à pouvoir être isolés. Le thorium est essentiellement extrait de la [[monazite]]. On fait réagir le pyrophosphate de thorium {{fchim|ThP|2|O|7}} avec de l'[[acide nitrique]] {{fchim|HNO|3}}, ce qui donne du [[nitrate de thorium]] {{fchim|Th(NO|3|)|4}}, lequel est traité au [[phosphate de tributyle]] {{fchim|(CH|3|CH|2|CH|2|CH|2|O)|3|PO}}. Les [[Terre rare|terres rares]] également présentes dans la monazite sont éliminées en augmentant le [[Potentiel hydrogène|pH]] dans une solution de [[sulfate]].

Dans une autre méthode d'extraction, la monazite est décomposée avec une solution aqueuse d'[[hydroxyde de sodium]] NaOH à {{tmp|140|°C}}. Les [[hydroxyde]]s métalliques sont extraits en premier, filtrés à {{tmp|80|°C}}, lavés à l'eau et dissous dans l'[[acide chlorhydrique]] concentré. La solution acide est alors neutralisée avec des hydroxydes jusqu'à {{nobr|pH {{=}} 5,8}}, ce qui conduit à la formation d'un [[précipité]] d'hydroxyde de thorium {{fchim|Th(OH)|4}} contenant environ 3 % d'hydroxydes de terres rares, le reste des hydroxydes de terres rares demeurant en solution. L'hydroxyde de thorium est dissous dans un [[acide minéral]] et purifié de sa contamination par les terres rares. La dissolution de l'hydroxyde de thorium dans l'acide nitrique est une méthode efficace car la solution qui en résulte peut être purifiée par extraction avec des [[Solvant organique|solvants organiques]].

:{{fchim|Th(OH)|4}} + 4 [[Acide nitrique|{{fchim|HNO|3}}]] → [[Nitrate de thorium|{{fchim|Th(NO|3|)|4}}]] + 4 [[Eau|{{fchim|H|2|O}}]].

Le thorium métallique (pur) est séparé de l'[[oxyde]], du [[chlorure]] et du [[fluorure]] [[anhydre]]s par réaction avec le [[calcium]] sous atmosphère inerte :

:[[Dioxyde de thorium|{{fchim|ThO|2}}]] + 2 [[Calcium|Ca]] → 2 [[Oxyde de calcium|CaO]] + [[Thorium|Th]].

Le thorium est parfois extrait par [[électrolyse]] d'un fluorure dans un mélange de [[chlorure de sodium]] NaCl et de [[chlorure de potassium]] KCl de {{tmp|700|800|°C}} dans un [[creuset]] en [[graphite]]. Le thorium hautement purifié peut être extrait à partir de son [[iodure]] par [[procédé Van-Arkel-de-Boer]].

=== Extraction de l'uranium ===

L'[[uranium]] est extrait de ses minerais de plusieurs façons. Une méthode consiste à brûler le minerai puis à le faire réagir avec de l'[[acide nitrique]] pour faire passer l'uranium en solution. En traitant cette solution avec une solution de [[phosphate de tributyle]] {{fchim|(CH|3|CH|2|CH|2|CH|2|O)|3|PO}} dans le [[kérosène]] conduit à la formation d'un [[composé organométallique]] de formule {{fchim|UO|2|(NO|3|)|2|((CH|3|CH|2|CH|2|CH|2|O)|3|PO)|2}}. Les impuretés insolubles sont filtrées et l'uranium est extrait par réaction avec des [[hydroxyde]]s sous forme de {{fchim|(NH|4|)|2|U|2|O|7}} ou avec du [[peroxyde d'hydrogène]] {{fchim|H|2|O|2}} sous forme de {{fchim|UO|4|·2H|2|O}}.

Lorsque le minerai d'uranium est riche en minéraux tels que la [[dolomite]] {{fchim|CaMg(CO|3|)|2}} ou la [[magnésite]] {{fchim|MgCO|3}}, cette méthode consomme beaucoup d'acide. On préfère dans ce cas utiliser la méthode au [[carbonate]] pour en extraire l'uranium. Son ingrédient principal est une [[solution aqueuse]] de [[carbonate de sodium]] {{fchim|Na|2|CO|3}}, qui convertit l'uranium en un [[Complexe (chimie)|complexe]] [{{fchim|UO|2|(CO|3|)|3}}]{{exp|4−}}, lequel est stable en solution aqueuse à faible concentration d'ions hydroxyde. L'avantage de cette méthode est que ses réactifs sont moins corrosifs que les nitrates et qu'elle fait précipiter la plupart des métaux autres que l'uranium. Son inconvénient est que les composés d'uranium tétravalent précipitent également. Pour cette raison, le minerai d'uranium est traité au carbonate de sodium à haute température et sous pression d'oxygène :

:2 [[Dioxyde d'uranium|{{fchim|UO|2}}]] + [[Dioxygène|{{fchim|O|2}}]] + 4 [[Bicarbonate|{{fchim|HCO|3}}{{exp|−}}]] + 2 [[Carbonate|{{fchim|CO|3}}{{exp|2−}}]] → 2 [{{fchim|UO|2|(CO|3|)|3}}]{{exp|4−}} + 2 [[Eau|{{fchim|H|2|O}}]].

Cette équation suggère que le meilleur solvant pour le traitement du carbonate d'uranium est un mélange de [[carbonate]] {{fchim|CO|3}}{{exp|2−}} et de [[bicarbonate]] {{fchim|HCO|3}}{{exp|−}}. À [[Potentiel hydrogène|pH]] élevé, cela conduit à la précipitation de [[diuranate]], qui est ensuite traité à l'[[Dihydrogène|hydrogène]] en présence de [[nickel]] pour donner un tétracarbonate d'uranium insoluble.

Un autre mode de séparation fait appel à des [[Résine (constituant)|résines]] [[Polymère|polymériques]] utilisées comme [[polyélectrolyte]]. Dans de tels dispositifs, l'uranium est séparé à l'aide de processus d'échange d'ions dans ces résines, puis est extrait de ces résines à l'aide de [[nitrate d'ammonium]] {{fchim|NH|4|NO|3}} ou d'[[acide nitrique]] {{fchim|HNO|3}} pour donner du [[nitrate d'uranyle]] {{fchim|UO|2|(NO|3|)|2|·6H|2|O}}. Ce dernier est alors chauffé pour donner du [[trioxyde d'uranium]] {{fchim|UO|3}}, qui est réduit en [[dioxyde d'uranium]] {{fchim|UO|2}} avec l'[[Dihydrogène|hydrogène]] :

:[[Trioxyde d'uranium|{{fchim|UO|3}}]] + [[Dihydrogène|{{fchim|H|2}}]] → [[Dioxyde d'uranium|{{fchim|UO|2}}]] + [[Eau|{{fchim|H|2|O}}]].

La réaction du dioxyde d'uranium avec l'[[acide fluorhydrique]] HF donne du [[tétrafluorure d'uranium]] {{fchim|UF|4}} :

:4 [[Acide fluorhydrique|HF]] + [[Dioxyde d'uranium|{{fchim|UO|2}}]] → [[Tétrafluorure d'uranium|{{fchim|UF|4}}]] + 2 [[Eau|{{fchim|H|2|O}}]].

Le tétrafluorure d'uranium donne de l'uranium métallique par réaction avec le [[magnésium]].

=== Extraction du plutonium ===

Afin d'extraire le [[plutonium]] du combustible nucléaire irradié, on commence par traiter l'[[uranium]] irradié aux [[neutron]]s avec de l'[[acide nitrique]] {{fchim|HNO|3}}, puis un réactif comme le [[sulfate de fer(II)]] {{fchim|FeSO|4}} ou le [[peroxyde d'hydrogène]] {{fchim|H|2|O|2}} est ajouté à la solution pour agir comme [[Réducteur (chimie)|réducteur]] en faisant ramener l'[[état d'oxydation]] du plutonium de +6 à +4 tandis que l'uranium demeure sous la forme de [[nitrate d'uranyle]] {{fchim|UO|2|(NO|3|)|2}}. Les composés du plutonium({{IV}}) sont enfin [[précipité]]s sous l'action du [[carbonate d'ammonium]] {{fchim|(NH|4|)|2|CO|3}}, qui fait remonter le [[Potentiel hydrogène|pH]] jusqu'à 8.

Dans une autre méthode, le plutonium({{IV}}) et l'[[uranyle]] {{fchim|UO|2}}{{exp|2+}} sont tout d'abord extraits par le [[phosphate de tributyle]] {{fchim|(CH|3|CH|2|CH|2|CH|2|O)|3|PO}}, puis sont mis à réagir avec l'[[hydrazine]] {{fchim|N|2|H|4}} pour récupérer le plutonium.

== Applications ==

[[Fichier:InsideSmokeDetector.jpg|vignette|Intérieur d'un [[Détecteur et avertisseur autonome de fumée|détecteur de fumée]] dont la [[chambre d'ionisation]] contient de l'{{lnobr|américium 241}}.]]

[[Fichier:RA6cab.jpg|vignette|[[Réacteur nucléaire]] illuminé par [[effet Vavilov-Tcherenkov]].]]

[[Fichier:HD.17.051 (11950696403).jpg|vignette|[[Stimulateur cardiaque|Pacemaker]] à source de {{unité|150|mg}} de {{lnobr|plutonium 238}}.]]

Hormis l'[[uranium]] et le [[plutonium]], utilisés par l'[[industrie nucléaire]] et pour la conception d'[[Arme nucléaire|armes nucléaires]], l'[[américium]] — notamment l'{{lnobr|américium 241}} — est utilisé dans les [[Chambre d'ionisation|chambres d'ionisation]] des [[Détecteur et avertisseur autonome de fumée|détecteurs de fumée]], et le [[thorium]] a été utilisé dans les [[Manchon à incandescence|manchons à incandescence]]. L'utilisation comme [[combustible nucléaire]] tire parti de la très grande quantité d'énergie libérée lors de la [[Fission nucléaire|fission]] de ces [[atome]]s, et de leur propriété de pouvoir entretenir une [[Réaction en chaîne (nucléaire)|réaction en chaîne]].

* '''[[Actinium]]''' — L'{{lnobr|actinium 227}} est employé comme source de neutrons. Son [[énergie spécifique]] élevée de {{unité|14.5|W||g|-1}} et la possibilité d'en obtenir de grandes quantités en ont fait un isotope intéressant pour réaliser des [[Générateur thermoélectrique à radioisotope|générateurs thermoélectriques à radioisotope]]. L'{{lnobr|actinium 228}} est utilisé comme indicateur de radioactivité dans la mesure où il émet des [[électron]]s énergétiques de {{unité/2|2.28|MeV}} faciles à détecter. On utilise souvent des sources [[Actinium 228|{{exp|228}}Ac]]-[[Radium 228|{{exp|228}}Ra]] pour émettre des [[Rayon gamma|{{nobr|rayons γ}}]] à usage industriel ou médical.

* '''[[Thorium]]''' — Il est essentiellement utilisé dans la production de [[Manchon à incandescence|manchons à incandescence]] sous forme de [[dioxyde de thorium]] {{fchim|ThO|2}}. Il trouve également un usage comme adjuvant dans certains [[alliage]]s de [[magnésium]] et de [[zinc]]. Les alliages magnésium-thorium sont durs et légers avec un [[point de fusion]] et une [[ductilité]] élevés, ce qui en fait des matériaux utiles dans l'[[aéronautique]] et la production de missiles. Le thorium a également des propriétés intéressantes [[Canon à électrons|d'émission électronique]], avec une grande durée de vie et une faible [[barrière de potentiel]] à l'émission. La teneur relative en isotopes de thorium et d'uranium est couramment utilisée pour estimer l'âge de divers matériaux dans le cadre des méthodes de [[datation par l'uranium-thorium]], qui sont un cas particulier de [[datation radiométrique]].

* '''[[Uranium]]''' — L'[[isotope]] le plus important pour la production d'[[énergie nucléaire]] est l'{{lnobr|uranium 235}}. La fission d'un gramme d'{{nobr|uranium 235}} libère environ {{unité/2|1|MW||jour}}. Cet isotope est présent dans le [[minerai d'uranium]] à hauteur de 0,72 % et est employé dans les [[Réacteur à neutrons thermiques|réacteurs à neutrons thermiques]]. Cet isotope absorbe en effet les [[Neutron thermique|neutrons thermiques]], déclenchant une réaction de fission au cours de laquelle d'autres neutrons sont émis, ce qui permet, lorsque la [[Masse critique (réaction nucléaire)|masse critique]] est atteinte, d'entretenir une réaction en chaîne. La fission d'un atome d'uranium consiste à faire éclater son [[noyau atomique|noyau]] en deux fragments, avec libération de neutrons ; les fragments sont de nature variable, et le nombre de neutrons libérés également, par exemple :

:{{Nucléide|235|92|U|Uranium 235}} + {{Nucléide|1|0|n|Neutron}} → {{Nucléide|115|45|Rh|Rhénium 115}} + {{Nucléide|118|47|Ag|Argent 118}} + 3 {{Nucléide|1|0|n|Neutron}}.

: Le {{lnobr|thorium 232}} et l'{{lnobr|uranium 233}} sont également des isotopes potentiellement intéressants du point de vue de la production d'énergie nucléaire. L'émission de neutrons lors de la réaction de fission est importante non seulement pour entretenir la réaction en chaîne, mais également pour produire des nucléides plus lourds par [[capture neutronique]] suivie de [[Désintégration bêta|{{nobr|désintégrations β{{exp|−}}}}]]. L'{{lnobr|uranium 239}} se [[Transmutation|transmute]] ainsi en {{lnobr|plutonium 239}} par {{nobr|désintégrations β{{exp|−}}}}, isotope également capable de [[fission spontanée]]. Le premier [[réacteur nucléaire]] a ainsi été construit non pas pour produire de l'énergie nucléaire mais pour produire du {{nobr|plutonium 239}} à des fins militaires.

* '''[[Plutonium]]''' — L'utilisation de cet élément est avant tout militaire. Le {{lnobr|plutonium 239}} en est un composant essentiel dans la mesure où il est à la fois fissile et relativement facile à produire. Son utilisation permet de réduire la masse critique à environ le tiers de celle nécessaire avec l'{{nobr|uranium 235}}. Le {{lnobr|plutonium 238}} est potentiellement un isotope plus efficace pour les réacteurs nucléaires en raison de sa masse critique plus faible que celle de l'{{nobr|uranium 235}}, mais il continue de d'émettre de l'énergie thermique par désintégration même lorsque la réaction en chaîne est arrêtée par des [[Barre de contrôle (nucléaire)|barres de contrôle]], et son coût de revient est relativement élevé. C'est la raison pour laquelle il est utilisé pour la réalisation de [[thermopile]]s pour l'[[astronautique]] et de [[Générateur thermoélectrique à radioisotope|générateurs thermoélectriques à radioisotopes]] pour l'[[exploration spatiale]]. Dans la mesure où sa désintégration produit des [[Particule alpha|{{nobr|particules α}}]] relativement inoffensives et ne produit pas de [[Rayon gamma|{{nobr|rayons γ}}]], cet isotope est utilisé comme source d'énergie pour [[Stimulateur cardiaque|pacemaker]]s, où {{unité|160|mg}} assurent une durée d'alimentation cinq fois plus élevée que les piles conventionnelles.

== Découverte et synthèse des actinides ==

=== Voies de production ===

[[Fichier:Enrico Fermi 1943-49.jpg|vignette|[[Enrico Fermi]] suggéra l'existence de transuraniens en 1934.]]
Contrairement aux lanthanides, qui se rencontrent dans la nature en quantités appréciables (à l'exception du [[prométhium]]), la plupart des actinides sont des éléments très rares. Les éléments naturels les plus abondants sont le [[thorium]] et l'[[uranium]] ; et le plus facile à synthétiser est le [[plutonium]] ; les autres ne se rencontrent guère qu'à l'état de traces.

La possibilité d'éléments transuraniens a été suggérée par [[Enrico Fermi]] sur la base de ses expériences de 1934<ref>{{article|titre=Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92|journal=Nature|auteur=Fermi, E.|bibcode=1934Natur.133..898F|année=1934|volume=133|pages=898–899|doi=10.1038/133898a0|numéro=3372}}</ref>{{,}}<ref>{{Ouvrage|auteur1=Jagdish Mehra|auteur2=Helmut Rechenberg|titre=The historical development of quantum theory|url=https://books.google.com/books?id=kn6mb0ltm0UC&pg=PA966|consulté le=19 juin 2011|année=2001|éditeur=Springer|isbn=978-0-387-95086-0|passage=966–}}.</ref>

Les transuraniens ne se trouvent pas en quantité significative dans la nature, et sont produits par [[réaction nucléaire]]. Il y a de nos jours deux grandes voies pour produire les isotopes au-delà du plutonium : l'irradiation par des flux de neutrons conduisant à une [[capture neutronique]], ou l'irradiation par des faisceaux de particules, dans un [[accélérateur de particules]].

La première voie est la principale pour les applications pratiques, la production d'actinides en quantité pondérale n'étant possible que par irradiation en [[réacteur nucléaire]] ; elle est toutefois limitée aux premiers éléments de la famille. Par exemple, dans des conditions d'irradiation neutronique d'un [[réacteur nucléaire]], l'uranium 238 se transforme en partie en [[plutonium]] 239 :
{{retrait|1= <math>\mathrm{ {}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n\ \xrightarrow\ \ {}^{239}_{92}U\ \xrightarrow[23.5\ min]{\beta^-}\ {}^{239}_{93}Np\ \xrightarrow[2.3\ jours]{\beta^-}\ {}^{239}_{94}Pu\ \xrightarrow[2.4\cdot 10^4\ ans]{\alpha} }</math> }}
Les actinides de masses atomiques plus élevées sont synthétisés grâce à un [[accélérateur de particules]] en bombardant de l'uranium, du plutonium, du curium ou du californium avec des ions d'azote, d'oxygène, de carbone, de néon ou de bore. L'avantage de la seconde méthode est qu'elle permet de produire des éléments nettement plus lourds que le [[plutonium]], ainsi que des isotopes présentant un déficit de neutrons. Ainsi, le [[nobélium]] a été produit en bombardant de l'uranium 238 avec du néon 22, suivant la réaction nucléaire :
{{retrait|1= <math>~\mathrm{{}_{~92}^{238}{}U+{}_{10}^{22}{}Ne \longrightarrow {}_{102}^{256}{}No+4{}_0^1{}n}</math>.}}

Entre 1962 et 1966, les [[États-Unis]] conduisirent une série de six [[essais nucléaires]] souterrains pour essayer d'analyser la production des isotopes lourds dans un contexte de haut flux neutronique. De petits échantillons de roche furent prélevés immédiatement après l'explosion pour analyser les produits de l'explosion, mais aucun isotope de [[masse atomique]] supérieure à 257 ne fut jamais identifié, bien que la théorie prévoyait à l'époque, dans cette région, un [[îlot de stabilité]] d'isotopes ayant une [[période radioactive]] relativement longue en [[radioactivité alpha]].

=== Découverte des actinides naturels ===

{| class="wikitable sortable"  style="float:right; margin-left:1em;"
|+Synthèse des transuraniens<ref>Le nobélium et le lawrencium ont été découverts quasiment simultanément par les chercheurs américains et soviétiques.</ref>
! N° !! [[Élément chimique|Nom]] !! [[Symbole chimique|<small>UICPA</small>]] !! Isotope<br />découvert
!Année de<br />découverte
!Méthode de<br />découverte
|-
| 89 ||  [[Actinium]]  ||  Ac || naturel
|align=center| 1899 || Séparation chimique
|-
| 90 ||  [[Thorium]]  ||  Th || naturel
|align=center| 1829 || Séparation chimique
|-
| 91 ||  [[Protactinium]]  ||  Pa || <sup>{{unité|234|m}}</sup>Pa
 |align=center| 1913 || Séparation chimique
|-
| 92 ||  [[Uranium]]  ||  U || naturel
|align=center| 1789 || Séparation chimique
|-
| 93 ||  [[Neptunium]]  ||  Np
| <sup>239</sup>[[neptunium]]
| align=center| 1940
| Bombardement de <sup>238</sup>U <br />par des [[neutron]]s lents
|-
| 94 ||  [[Plutonium]]  ||  Pu
| <sup>238</sup>[[plutonium]]
| align=center| 1941
| Bombardement de <sup>238</sup>U <br />par des [[deuton]]s
|-
| 95 ||  [[Américium]]  ||  Am
| <sup>241</sup>[[américium]]
| align=center| 1944
| Bombardement de <sup>239</sup>Pu <br />par des neutrons
|-
| 96 ||  [[Curium]]  ||  Cm
| <sup>242</sup>[[curium]]
| align=center| 1944
| Bombardement de <sup>239</sup>Pu <br />par des [[particules α]]
|-
| 97 ||  [[Berkélium]]  ||  Bk
| <sup>243</sup>[[berkélium]]
| align=center| 1949
| Bombardement de <sup>241</sup>Am <br />par des particules α
|-
| 98 ||  [[Californium]]  ||  Cf
| <sup>245</sup>[[californium]]
| align=center| 1950
| Bombardement de <sup>242</sup>Cm <br />par des particules α
|-
| 99 ||  [[Einsteinium]]  ||  Es
| [[einsteinium]]
| align=center| 1952
| En tant que produit de <br />l'[[explosion nucléaire]] [[Ivy Mike]]
|-
| 100 ||  [[Fermium]]  ||  Fm
| <sup>255</sup>[[fermium]]
| align=center| 1952
| En tant que produit de <br />l'explosion nucléaire Ivy Mike
|-
| 101 ||  [[Mendélévium]]  ||  Md
| <sup>256</sup>[[mendélévium]]
| align=center| 1955
| Bombardement de <sup>253</sup>Es <br />par des particules α
|-
| 102 ||  [[Nobélium]]  ||  No
| <sup>256</sup>[[nobélium]]
| align=center| 1965
| Bombardement de <sup>243</sup>Am <br />par de l'[[Azote|<sup>15</sup>N]] <br />ou bombardement de  <sup>238</sup>U <br />par des particules α <br />ou bombardement de <sup>238</sup>U <br />par du [[Néon|<sup>22</sup>Ne]]
|-
| 103 ||  [[Lawrencium]]  ||  Lr
| <sup>258</sup>[[lawrencium]]
| align=center| 1961–1971
| Bombardement de <sup>252</sup>Cf <br />par du [[Bore|<sup>10</sup>B]] ou du [[Bore|<sup>11</sup>B]]<br />et de <sup>243</sup>Am par de l' <sup>18</sup>O
|}

* L'[[uranium]] a été isolé en 1789 par le chimiste allemand [[Martin Heinrich Klaproth]] à partir de minerai de [[pechblende]]. Il baptisa cette matière « uranium » en référence à la planète [[Uranus (planète)|Uranus]], qui avait été découverte huit années plus tôt. Klapoth obtint un précipité jaune (probablement du [[diuranate de sodium]]) par dissolution de la [[pechblende]] dans de l'[[acide nitrique]], puis en neutralisant la solution obtenue par de l'[[hydroxyde de sodium]]. Il réduisit alors ce précipité jaune avec du [[charbon de bois]], et obtint une substance noirâtre qu'il prit pour un métal<ref>{{article|titre = Chemische Untersuchung des Uranits, einer neuentdeckten metallischen Substanz|lien auteur =  Martin Heinrich Klaproth|auteur=Martin Heinrich Klaproth|url = https://books.google.com/books?id=YxQ_AAAAcAAJ&pg=PA387|journal = Chemische Annalen|volume = 2|année = 1789|pages = 387–403}}</ref>. Ce n'est que soixante ans plus tard que le chimiste français [[Eugène-Melchior Péligot]] analysa cette poudre comme de l'oxyde d'uranium. Il isola également le premier échantillon métallique d'uranium, en chauffant du [[tétrachlorure d'uranium]] en présence de [[potassium]]<ref>{{article| titre = Recherches sur l'uranium|auteur = E.-M. Péligot|journal = [[Annales de chimie et de physique]]|volume = 5|numéro = 5|année = 1842|pages = 5–47|url = https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k34746s/f4.table}}</ref>. La [[masse atomique]] de l'uranium était alors estimée à 120, mais en 1872, [[Dmitri Mendeleïev]] révisa cette valeur à 240 en se fondant sur son tableau périodique des éléments. Par la suite, cette valeur fut confirmée expérimentalement en 1882 par K. Zimmerman<ref>{{Ouvrage|doi=10.1007/1-4020-3598-5_5|auteur=Ingmar Grenthe|titre chapitre=Uranium|titre=The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements|année=2006}}.</ref>{{,}}<ref>Zimmerman, Ann., 213, 290 (1882) ; 216, 1 (1883) ; Ber. 15 (1882) 849</ref>.
* L'oxyde de [[thorium]] a été découvert par [[Friedrich Wöhler]] dans un minerai de Norvège en 1827. Ce minerai fut analysé par [[Jöns Jacob Berzelius]] en 1828. Par réduction du tétrachlorure de thorium avec du potassium, il obtint un métal qu'il appela [[thorium]], en référence à [[Thor]], dieu du tonnerre et des éclairs de la [[mythologie nordique]]<ref>{{article|auteur=Berzelius, J. J. |année=1829|url=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151010.pleinepage.r=Annalen+der+Physic.f395.langFR|titre=Untersuchung eines neues Minerals und einer darin erhalten zuvor unbekannten Erde (Investigation of a new mineral and of a previously unknown earth contained therein)|journal=Annalen der Physik und Chemie|volume= 16| pages =385–415|doi = 10.1002/andp.18290920702|numéro=7|bibcode = 1829AnP....92..385B }} (modern citation: ''Annalen der Physik'', vol. 92, n° 7, p. 385–415)</ref>{{,}}<ref>{{article|auteur= Berzelius, J. J. |année= 1829|titre=Undersökning af ett nytt mineral (Thorit), som innehåller en förut obekant jord (Investigation of a new mineral (thorite), as contained in a previously unknown earth)|journal=Kungliga Svenska Vetenskaps Akademiens Handlingar (Transactions of the Royal Swedish Science Academy)|pages=1–30}}</ref>. C'est cette même méthode qui fut par la suite utilisée par Pélogot pour isoler l'[[uranium]].
* L'[[actinium]] a été découvert en 1899 par [[André-Louis Debierne]], un assistant de [[Marie Curie]], dans les restes de [[pechblende]] qui avaient été traités pour en extraire le [[radium]] et le [[polonium]]. Il décrivit initialement cette substance comme similaire au [[titane]]<ref>{{article|titre = Sur une nouvelle matière radio-active |auteur = André-Louis Debierne|journal = Comptes rendus|volume = 129|pages = 593–595|année = 1899|url = https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3085b/f593.table|langue=fr}}</ref> puis (en 1900) comme similaire au [[thorium]]<ref>{{article|titre = Sur une nouvelle matière radio-actif – l'actinium|auteur = André-Louis Debierne|journal = Comptes rendus|volume = 130|pages = 906–908|année = 1900–1901|url = https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3086n/f906.table|langue=fr}}</ref>. Cette découverte de l'actinium par Devierne a cependant été remise en cause en 1971<ref>{{article|titre = The Discovery of Actinium |auteur = H. W. Kirby |journal = Isis|volume = 62|numéro = 3|pages = 290–308 |année = 1971| doi =10.1086/350760 |jstor = 229943}}</ref> et en 2000<ref>{{article|titre = The centenary of a controversial discovery: actinium|auteur = J. P. Adloff |journal = Radiochim. Acta,|volume = 88|pages = 123–128|année = 2000|doi = 10.1524/ract.2000.88.3-4.123|numéro = 3–4_2000}}</ref>, sur la base de ce que les travaux publiés par Devbierne en 1904 contredisaient ses publications précédentes de 1899 et 1900. Le terme «actinium» vient du grec ''aktis, aktinos'' (ακτίς, ακτίνος) qui signifie un rayon lumineux. Du fait de sa similarité avec le [[lanthane]] et de sa très faible abondance, l'actinium ne fut isolé à l'état pur qu'en 1950.
* Le [[protactinium]] fut peut-être isolé en 1900 par [[William Crookes]]<ref>{{Ouvrage|titre= Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements|auteur=John Emsley|éditeur= Oxford University Press|lieu= Oxford, England, UK|isbn = 0-19-850340-7|titre chapitre= Protactinium|passage= 347–349|url = https://books.google.com/?id=j-Xu07p3cKwC&pg=PA348|jour=11|mois=août|année=2003}}.</ref>. Il fut identifié en 1913, quand [[Kazimierz Fajans]] et {{Lien|langue=es|fr=Oswald Helmuth Göhring}} identifièrent son isotope <sup>{{unité|234|m}}</sup>Pa (d'une demi-vie de 1,17 minute) dans leur étude de la [[chaîne de désintégration]] de <sup>238</sup>U. Ils appelèrent initialement ce nouvel élément « brévium » (du latin ''brevis'', d'une courte durée). En 1918 deux groupes de scientifiques conduits par l'Autrichienne [[Lise Meitner]], l'Allemand [[Otto Hahn]] et l'Anglais {{Lien|langue=en|trad=John Arnold Cranston|fr=John Cranston|texte=John Cranston}} firent indépendamment la découverte de l'isotope <sup>231</sup>Pa, et lui donnèrent le nom de ''protoactinium'' (du grec {{Grec ancien|πρῶτος|prỗtos}}, « premier » et {{Grec ancien|ἀκτίς|ἀκτίς}}, « rayon » : le premier des rayonnants), terme abrégé en [[protactinium]] en 1949. Cet élément ne fut guère caractérisé avant 1960, date à laquelle A. G. Maddock et ses collaborateurs parvinrent à produire {{unité|130|grammes}} de protactinium à partir de {{unité|60|tonnes}} de déchets de minerai d'uranium.

=== Synthèse des actinides artificiels ===

[[Fichier:Glenn Seaborg - 1964.jpg|vignette|[[Glenn Theodore Seaborg|Glenn T. Seaborg]] et son équipe de l'[[université de Californie à Berkeley]] synthétisa Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No et l'élément 106, qui fut de son vivant nommé [[seaborgium]] en son honneur. Ils synthétisèrent au total plus de cent isotopes d'actinides.]]

La famille des actinides transuraniens a été découverte aux débuts de la [[physique nucléaire]], entre les années 1940 et 1960.
* Le [[neptunium]] fut découvert par [[Edwin McMillan]] et [[Philip Abelson|Philip H. Abelson]] en 1940 à [[Université de Californie à Berkeley|Berkeley]]. Ils produisirent l'isotope <sup>239</sup>Np (d'une demi-vie de {{nb|2,4 jours}}) en bombardant de l'[[uranium]] avec des neutrons lents. Ils baptisèrent cette substance « neptunium » en référence à la planète [[Neptune (planète)|Neptune]], la planète suivant [[Uranus (planète)|Uranus]] qui avait donné son nom à l'uranium. Ce fut le premier transuranien produit artificiellement.
* L'[[isotope]] [[plutonium 238|<sup>238</sup>Pu]] a été produit le {{date-|14 décembre 1940}} et caractérisé en 1941 par l'équipe de [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn Seaborg]] en bombardant une cible d'[[uranium]] par du [[deutérium]] au [[cyclotron]] de [[Berkeley (Californie)|Berkeley]]<ref>[http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm Plutonium production], {{lang|en|texte=Federation of American Scientists}}.</ref>.
* Le curium a été découvert en été 1944 par [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn T. Seaborg]] et ses collègues [[Ralph A. James]] et [[Albert Ghiorso]]. Dans leur série d'expériences, ils ont utilisé le [[cyclotron]] de {{unité|60|pouces}} de l'[[université de Californie à Berkeley]].
* L'[[américium]] 241 fut synthétisé pour la première fois par [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn T. Seaborg]], {{Lien|langue=es|trad=Leon O. Morgan|fr=Leon Morgan|texte=Leon Morgan}}, Ralph James, et [[Albert Ghiorso]] vers la fin de l’année [[1944]] au laboratoire métallurgique de l’[[université de Chicago]] (connu maintenant sous le nom d’[[Laboratoire national d'Argonne|Argonne National Laboratory]]), par l'irradiation de [[plutonium]] dans un [[réacteur nucléaire]]. L’américium a été nommé en référence au continent américain, par analogie avec l’[[europium]], élément de la famille des lanthanides dont il est l’homologue chimique.
* Le [[berkélium]] a été synthétisé pour la première fois en décembre [[1949]] par {{Lien|langue=en|trad=Stanley Gerald Thompson|fr=Stanley G. Thompson|texte=Stanley G. Thompson}}, [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn T. Seaborg]], {{Lien|langue=en|trad=Kenneth Street, Jr.|fr=Kenneth Street, Jr.|texte=Kenneth Street, {{Jr}}}}, et [[Albert Ghiorso]] à l'[[université de Californie à Berkeley]]. Le premier [[isotope]] produit a un nombre de masse de 243 et se dégrade avec une [[demi-vie]] de {{nb|4,5 heures}}.
* Le [[californium]] 245 a été produit pour la première fois en 1950 par {{Lien|langue=en|trad=Stanley Gerald Thompson|fr=Stanley G. Thompson|texte=Stanley G. Thompson}}, [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn T. Seaborg]], {{Lien|langue=en|trad=Kenneth Street, Jr.|fr=Kenneth Street, Jr.|texte=Kenneth Street, {{Jr}}}}, et [[Albert Ghiorso]] à [[Berkeley (Californie)|Berkeley]], en [[Californie]], d'où son nom : il avait alors été obtenu en bombardant une cible de {{lnobr|curium 242}} avec un faisceau de [[Particule α|particules α]] pour produire du {{exp|245}}Cf par une réaction (α, n).
* L'[[einsteinium]], nommé d'après [[Albert Einstein]], et le [[fermium]], nommé d'après [[Enrico Fermi]], ont été découverts en [[1952]] par [[Albert Ghiorso]] dans les débris résultant de [[Ivy Mike]], la première [[Fusion nucléaire|explosion thermonucléaire]]. Le {{exp|255}}Fm avait été créé par combinaison de l'{{nobr|uranium 238}} et de {{nb|17 neutrons}} sous l'effet du flux neutronique intense. Ces résultats avaient initialement été classifiés, mais l'équipe de Berkeley parvint à synthétiser ces deux éléments par des moyens civils en soumettant du plutonium 239 à un bombardement neutronique, et publièrent ce résultat en 1954, signalant que ce n'était pas la première découverte de ces éléments. Les études des retombées de [[Ivy Mike]] furent finalement déclassifiées en 1955.
* Le [[mendélévium]] fut obtenu pour la première fois sous forme de <sup>256</sup>Md](d'une demi-vie de 87 minutes) par Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory R. Choppin, Bernard G. Harvey et Stanley G. Thompson, en bombardant une cible de <sup>253</sup>Es par un faisceau de particules alpha. Ce fut le premier élément à être synthétisé un atome à la fois.
* Le [[nobélium]] fut annoncé en 1957 par l'Institut Nobel de physique à Stockholm, et plus tard par Albert Ghiorso, Torbjorn Sikkeland, J.R.Walton et Glenn Seaborg (États-Unis) en 1958. Il fut nommé nobélium en l'honneur d'[[Alfred Nobel]]. Il a été identifié pour la première fois avec certitude en 1965 sous forme de <sup>256</sup>No par le Russe [[Gueorgui Fliorov]] et son équipe, en bombardant de l'uranium 238 avec du néon 22.
* Le [[lawrencium]], dernier des actinides, a été observé pour la première fois en {{date-|février 1961}} par Albert Ghiorso, Torbjørn Sikkeland, Almon E. Larsh et Robert M. Latimer (États-Unis), au [[Laboratoire national Lawrence-Berkeley]] de l'[[université de Californie à Berkeley]], en bombardant une cible de trois [[isotope]]s de [[californium]] par des [[ion]]s de {{nobr|[[bore]] 10}} et de {{nobr|[[bore]] 11}} pour produire du <sup>258</sup>Lr. Il porte le nom d'[[Ernest Orlando Lawrence]], qui découvrit le principe du [[cyclotron]] en 1929.

=== Identification comme famille d'éléments ===

De même que les [[lanthanide]]s, les actinides forment une famille d'éléments aux propriétés chimiques semblables.

Toutefois, bien que quatre actinides étaient déjà connus dans les années 1930, le fait qu'ils puissent former une famille comparable aux lanthanides n'avait pas encore été compris. Le point de vue prédominant à l'époque était qu'ils formaient une suite régulière d'éléments de la septième période, dans laquelle [[thorium]], [[protactinium]] et [[uranium]] avaient sur la sixième période le [[hafnium]], le [[tantale (chimie)|tantale]] et le [[tungstène]] comme analogues respectifs.
C'est probablement [[Victor Goldschmidt (chimiste)|Victor Goldschmidt]] qui introduisit le terme « actinide » en 1937<ref>{{article|doi=10.1021/ed029p581.2|titre=Letters|année=1952|nom1=Hakala|prénom1=Reino W.|journal=Journal of Chemical Education|volume=29|numéro=11|page=581|bibcode = 1952JChEd..29..581H }}</ref>{{,}}<ref>{{article|doi=10.1007/s00897970143a|titre=Victor Moritz Goldschmidt (1888–1947): A Tribute to the Founder of Modern Geochemistry on the Fiftieth Anniversary of His Death|année=1997|nom1=Kauffman|prénom1=George B.|lien auteur= George B. Kauffman|journal=The Chemical Educator|volume=2|numéro=5|pages=1–26}}</ref>.<!-- He called them thorides in 1937-->

Mais la synthèse des transuraniens renversa progressivement cette vision des choses.
En 1944, le constat que le [[curium]] ne présente pas de degré d'oxydation au-dessus de 4 (alors que son analogue supposé, le [[platine]], peut atteindre un degré d'oxydation de 7) conduisit [[Glenn Theodore Seaborg|Glenn Seaborg]] à formuler l'hypothèse d'une famille d'actinides. L'étude des actinides déjà isolés et la découverte d'autres éléments transuraniens confirma l'existence de cette famille de transition.

== Production d'actinides dans les réacteurs nucléaires ==

=== Captures neutroniques ===

[[Fichier:ActinideExplosionSynthesis.png|vignette|Les flux neutroniques d'une explosion atomique conduisent à des actinides de masse atomique beaucoup plus élevées que ceux rencontrés dans des réacteurs nucléaires.]]
Les actinides artificiels qui présentent un intérêt pratique sont les noyaux lourds (isotopes) formés dans les réacteurs par capture successive de neutrons par les noyaux du combustible.

Lors de l'irradiation en réacteur, les atomes d'actinide présents dans le combustible peuvent capturer un neutron sans subir de fission. C'est le cas notamment de l'isotope 238 de l'uranium, qui n'est pas [[fissile]] en spectre thermique ; mais tous les actinides présents présentent une [[section efficace]] de [[capture neutronique]]. La vitesse de transmutation en réacteur dépend de la valeur de cette section efficace. Pour un [[flux neutronique]] en réacteur typique de l'ordre de {{unité|1|e=14|n||cm|-2|s|-1}}, une section efficace de l'ordre de σ=1 [[barn]] (soit {{unité|1|e=-24|cm|2}}) aura en un an (soit {{unité|3.156|e=7|s}}) une déplétion de :
{{retrait|1= {{unité|1|e=14|n||cm|-2|s|-1}} × {{unité|1|e=-24|cm|2}} × {{unité|3.156|e=7|s}} = 0,316 % }}

Le barn est l'ordre de grandeur de la section efficace de capture de l'<sup>238</sup>U, soit 2,68 barns en neutrons thermique : au bout d'un an en réacteur, près de 1 % (2,68 x 0,316 = 0,846 %) de l'uranium aura été transformé en plutonium. Cependant, ce calcul qui assimile la « déplétion » à une probabilité de capture n'est correct qu'en première approximation, lorsque cette probabilité est faible ; la probabilité réelle d'avoir subi la réaction suit en réalité non pas une loi linéaire mais une loi exponentielle, saturant asymptotiquement à 100 %. Ainsi, une section efficace de 1000 barns conduira dans les mêmes conditions à calculer une « déplétion » mille fois plus importante, mais en termes de probabilité la part effectivement touchée n'est évidemment pas un absurde 315,6 %, mais :
{{retrait|1= 1-exp(-3.156) =  95,74 % }}
La [[demi-vie]] en réacteur d'un tel isotope est la durée pour laquelle cette « déplétion » vaut Log(2)=69,31 %. Cette [[demi-vie]] est donc inversement proportionnelle à la section efficace. Si dans l'exemple ci-dessus la « déplétion » est de 3.156 par an, la moitié de l'isotope sera consommé en Log(2)/3.156 ans = 0.22 ans = 80 jours.

Ces captures, le plus souvent suivies de [[Radioactivité β|décroissance radioactive ''bêta moins'']], conduisent à une augmentation du numéro atomique (du nombre de protons contenus dans le noyau). À partir de l'uranium initial il se forme alors des transuraniens : d'abord du plutonium, puis des actinides mineurs : principalement le neptunium (237) (produit d'une part par capture de l'uranium 236 formé à partir de l'uranium 235 –environ 20,3 % des fissions et 16,8 % des captures– et d'autre part par réaction (n,2n) sur l'uranium 238), l’américium (241, 243) et le curium (243, 244, 245).

Les isotopes des éléments transuraniens ont souvent une [[demi-vie]] très courte. Les actinides à demi-vie très courte présentent un excès de neutrons, qu'ils résolvent rapidement (avec des demi-vies de l'ordre de la journée) par [[radioactivité bêta]] moins, par transformation d'un neutron en un proton (qui augmente d'une unité le numéro atomique) et d'un électron expulsé du noyau.

Quelques isotopes de Np, Pu, Am et Cm sont relativement plus stables, et sont produits en quantités pondérables dans les réacteurs nucléaires. Les principaux sont le [[plutonium]], le [[neptunium 237]](représente à lui seul près de 50 % des actinides mineurs formés), les [[américium]] 241 et 243 et les [[curium]] 244 et 245 (les proportions typiques sont données plus loin). Ils ont généralement une radioactivité alpha, avec une demi-vie qui peut aller de quelques dizaines années pour les curiums 243 et 244 à {{nb|2,144 millions}} d'années pour le plus stable, le {{nobr|neptunium 237}}.

Ce sont ces actinides que l'on peut retrouver comme sous-produits d'un [[réacteur nucléaire]]. Même s'ils ne sont pas nécessairement [[fissile]]s en neutrons thermiques, ils sont tous [[fissible]]s avec une section efficace de 0,5 à 2 barn avec des neutrons d'énergie > {{unité|2|MeV}}. Ils peuvent donc être détruits en [[réacteur à neutrons rapides]], ou peuvent être considérés comme déchets définitifs et stockés comme déchets nucléaires [[HAVL]].

=== Équilibre neutronique des réacteurs ===

Dans un [[réacteur nucléaire]], une [[réaction nucléaire]] ne peut fonctionner de manière auto-entretenue que si les neutrons produits par la [[fission nucléaire|fission]] d'un atome (généralement de deux et demi à trois en moyenne) ne subissent pas trop de pertes avant de contribuer à une nouvelle fission. Outre les pertes par diffusion et par activation des constituants du réacteur, les neutrons sont également consommés quand il y a une [[capture neutronique]] par un noyau d'actinide. De ce fait, la capacité des actinides à absorber des neutrons en fait en première approche un [[poison neutronique]] : plus il y en a dans le cœur du réacteur, et plus la [[Réaction en chaîne (nucléaire)|réactivité]] du cœur sera compromise. Si on laisse trop d'actinides dans le cœur d'un [[réacteur nucléaire]], il peut à terme ne plus fonctionner.

En deuxième approche, l'existence d'actinides [[fissile]]s viennent nuancer ce bilan, en ce qui concerne les [[isotope fertile|radionucléides fertiles]]. Si par exemple la capture neutronique faite par un atome de <sup>238</sup>U fait perdre un neutron dans l'équilibre neutronique du cœur sans bénéfice immédiat, elle transforme aussi à terme cet atome en un atome de <sup>239</sup>Pu fissile. À plus longue échéance, un second neutron pourra faire fissionner ce dernier et produire les « deux et demi à trois en moyenne » neutrons associés à cette dernière fission. La capture d'un neutron, dans ce cas, conduit donc à un déficit immédiat sur la réactivité, mais le bilan neutronique global reste en moyenne légèrement positif : globalement, deux neutrons ajoutés à l'atome de <sup>238</sup>U auront produit « deux et demi à trois en moyenne » neutrons nouveaux, ce qui ne compromet pas fondamentalement la possibilité d'une [[Réaction en chaîne (nucléaire)|réaction en chaîne]].

En revanche, si l'isotope produit n'est pas un [[isotope fertile]], le [[bilan neutronique]] est nécessairement négatif : il faudra au moins une [[capture neutronique]] supplémentaire pour conduire à une fission ; et le bilan global sera au mieux de trois neutrons pour une fission, qui ne produit que « deux et demi à trois en moyenne » neutrons nouveaux : la présence de cet isotope aura été une charge pour l'équilibre neutronique du cœur.

La charge des actinides sur le bilan neutronique est d'autant pire que le nombre de neutrons à absorber avant d'atteindre un isotope fissile sera important.

Pour les actinides supérieurs ([[berkélium]] et [[curium]]), les [[capture neutronique|captures neutroniques]] successives conduisent à des radioisotopes fortement radioactifs en [[radioactivité alpha]], qui émettent un noyau d'[[hélium]], éventuellement avant d'avoir eu le temps de fissionner. Dans ce cas, le bilan neutronique est encore plus noir : l'émission d'une [[particule alpha]] signifie que globalement quatre neutrons ont été absorbés (dont deux transformés en protons) sans produire de fission, et le noyau est retourné au stade où il était quatre [[capture neutronique|captures neutroniques]] en amont : si un noyau suit un tel cycle, quatre neutrons auront été consommés en perte sèche pour ce qui est de l'entretien de la [[réaction nucléaire]].

Cet impact des actinides sur le bilan neutronique est surtout important pour les réacteurs modérés. Dans le cas des réacteurs à neutrons rapides, les actinides formés sont tous plus ou moins [[fissible]]s ; ils sont donc plus rapidement consommés par le [[flux neutronique]], et une [[capture neutronique]] éventuelle conduit directement à un autre atome fissible, comme c'est le cas pour les noyaux fertiles.

=== Actinides du cycle du thorium ===

{| style="text-align:center; border 1px solid; margin: 1em" align="right"
|+Transmutations dans le [[cycle du thorium]]
|-
|<sup>230</sup>Th 4||→||<sup>231</sup>Th||←||<sup>232</sup>Th 9||→||<sup>233</sup>Th||  ||colspan="7"|(En blanc : t<sub>½</sub><27 j)
|-
| || ||     ↓      || ||             || ||  ↓         ||
|-
| || ||<sup>231</sup>Pa 4||→||<sup>232</sup>Pa||←||<sup>233</sup>Pa||→||<sup>234</sup>Pa|| ||colspan="5"|(Coloré : t<sub>½</sub>>68 a)
|-
| || ||     ↑      || ||      ↓      || ||  ↓        || ||    ↓
|-
| || ||<sup>231</sup>U ||←||<sup>232</sup>U 1 ||↔||<sup>233</sup>U 5 ||↔||<sup>234</sup>U 5 ||↔||<sup>235</sup>U 9 ||↔||<sup>236</sup>U 7 ||→||<sup>237</sup>U
|-
| || ||            || ||      ↓       || ||  ↓        || ||           || ||     ↓        || ||           || ||     ↓
|-
| || || colspan="11"|([[Produits de fission]]s à t<sub>½</sub><90 a ou t<sub>½</sub>>200 ka) || || <sup>237</sup>Np 6
|}

Dans le cas d'un réacteur fonctionnant sur le [[cycle du thorium]], l'actinide initial est formé par le [[thorium]] 232, qui est un [[isotope fertile]].
* <sup>232</sup>Th [[capture neutronique|capte un neutron]] (σ=7.3b) pour devenir <sup>233</sup>Th. Celui-ci émet rapidement (T/2=22,3 min) un électron (et un [[neutrino]]) par l'[[émission bêta]], pour se muer en {{nobr|[[protactinium]] 233}}, un premier actinide mineur ; et dans une seconde émission bêta (T/2={{nb|27 j}}), <sup>233</sup>Pa devient de l'{{nobr|[[uranium]] 233}}, le combustible.
* <sup>233</sup>U est la matière [[fissile]] de ce cycle (σ=530b). Cependant, dans un peu moins de 10 % des cas<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/U233.intern Sections efficaces de l'<sup>233</sup>U], sur ''wwwndc.jaea.go.jp''.</ref> il peut absorber à son tour un neutron (σ=47b), pour former du <sup>234</sup>U fertile.
* <sup>234</sup>U est relativement stable (T/2=245 500 ans) et est un [[isotope fertile]]. Par une capture supplémentaire (σ=98b), il finit généralement par former du <sup>235</sup>U, qui est la matière fissile du cycle de l'uranium.
Le cycle du thorium ne peut être envisagé que dans le cadre d'un [[cycle surgénérateur]], où le [[bilan neutronique]] permet de créer la matière fissile qui alimentera le cycle. Dans cette production de la matière fissile, une petite partie (10 % des cas) est perdue pour ce cycle, mais se retrouvera dans le cycle de l'uranium : la perte d'un neutron ne compte donc ici que pour 10 %, le devenir du radionucléide étant discuté au cycle suivant.

;[[Uranium 232]] et [[radioprotection]]

Outre les captures neutroniques, dans le cas du thorium les réactions (n,2n) sont importantes par leurs conséquences. De telles réactions sont l'inverse d'une capture : le neutron incident quand il est suffisamment énergétique fait en quelque sorte un « carreau » (comme à la pétanque) et déloge du noyau un neutron supplémentaire, faisant baisser d'une unité son [[poids atomique]].

Ce phénomène peut intervenir dans deux points du cycle du thorium, suivant que l'expulsion intervient avant ou après une première capture :
* initialement, un atome de <sup>232</sup>Th peut par réaction (n,2n) sur des neutrons de plus de {{unité|6.4|MeV}} se transformer en <sup>231</sup>Th, qui se transforme rapidement en <sup>231</sup>Pa. Dans un deuxième temps, celui-ci pourra absorber un neutron supplémentaire, formant du <sup>232</sup>Pa qui se transforme rapidement en <sup>232</sup>U ;
* alternativement, après la première capture neutronique par le thorium, le <sup>233</sup>Pa du cycle principal peut par réaction (n,2n) sur des neutrons de plus de {{unité|6.6 MeV}} former du <sup>232</sup>Pa, qui finit de même en <sup>232</sup>U.
Cet uranium 232, faiblement fissile et fertile (σ~74b), atteint assez rapidement son [[équilibre séculaire]] et accompagne donc à l'état de trace l'uranium 233 normalement formé par le cycle.

Ce marquage isotopique de l'uranium 233 est important, parce que la [[chaîne de désintégration]] de <sup>232</sup>U comprend un émetteur gamma très énergétique, donc très pénétrant. D'autre part, ses descendants sont tous de demi-vie très brève, l'équilibre séculaire avec ces émetteurs gamma est donc très rapidement atteint. Enfin, la demi-vie T/2= {{nb|68,9 ans}} de <sup>232</sup>U le rend à la fois fortement radioactif, et très persistant à l'échelle de temps historique (sa radioactivité n'aura diminué d'un facteur mille qu'au bout de sept siècles).

Ce rayonnement impose des protections radiologiques importantes dans toutes les opérations concernant l'uranium produit par ce cycle, même quand il a été isolé des produits de fission et des autres actinides, ce qui rend ces opérations techniquement plus complexes et économiquement plus couteuses. Cet inconvénient est au contraire un avantage en ce qui concerne la lutte contre la prolifération, parce que le rayonnement gamma produit par cet uranium est très facile à détecter, ce qui rend impossible toute dissimulation de cette matière à des contrôles officiels.

=== Actinides du cycle de l'uranium ===

Le cycle de l'uranium se fonde sur la fission de l'[[uranium]] 235.
* <sup>235</sup>U est une [[matière fissile]], mais dans environ un cas sur six, [[capture neutronique|capte un neutron]] sans fissionner pour former <sup>236</sup>U, quasi stable (''T''{{ind|½}} = {{unité|23,42 Ma}}).
* <sup>236</sup>U laissé en irradiation finit par former <sup>237</sup>U, qui se transforme rapidement (''T''{{ind|½}} = {{unité|6,75 j}}) en [[neptunium 237]], quasi stable (''T''{{ind|½}} = {{unité|2,144 Ma}}).
* <sup>237</sup>Np capture un neutron (''σ'' = 176 barns) pour former <sup>238</sup>Np, lequel se transforme rapidement (''T''{{ind|½}} = {{unité|2,1 j}}) en [[plutonium]] 238, fortement radioactif (''T''{{ind|½}} = {{nobr|87,75 ans}}).
* <sup>238</sup>Pu est faiblement fissile, et si l'on poursuit l'irradiation, se transformera dans plus de 90 % des cas en [[plutonium 239]], où il rejoint le cycle du plutonium.
Pour être complet sur le cycle de l'uranium, il convient de noter que l'uranium 238, base du cycle du plutonium, peut également perdre un neutron par une réaction (n,2n). Il se transforme alors en <sup>237</sup>U puis en <sup>237</sup>Np.

Le neptunium est l'actinide important de ce cycle. <sup>237</sup>Np peut être séparé chimiquement des combustibles irradiés, puis remis en irradiation dans des cibles d'irradiation pour produire du [[plutonium 238]], dont il est à nouveau séparé chimiquement. Ce <sup>238</sup>Pu peut ainsi être obtenu sans être mélangé à <sup>239</sup>Pu issu de l'irradiation de <sup>238</sup>U présent dans le combustible initial. Il sert principalement pour la fabrication de [[générateur thermoélectrique à radioisotope]].

=== Actinides du cycle du plutonium ===

[[Fichier:Sasahara.svg|vignette|Formation des actinides en réacteurs nucléaire à partir de l'<sup>238</sup>U.]]

Dans le cas d'un réacteur fonctionnant sur le [[cycle du plutonium]], l'actinide initial est formé par l'[[uranium]] 238, qui est un [[isotope fertile]].
* <sup>238</sup>U [[capture neutronique|capte parfois un neutron]] pour former du <sup>239</sup>U, lequel se transforme rapidement (''T''{{ind|½}} = {{unité|24|min}}) en [[neptunium]] 239, puis (''T''{{ind|½}} = {{unité|2.3|jours}}) en [[plutonium]] 239, la principale matière fissile de ce cycle. C'est essentiellement l'intégrale de résonance qui contribue à cette absorption (''σ'' = {{unité|275.6|[[barn|b]]}} à {{unité|300|K}}), la capture de neutrons thermiques étant comparativement négligeable (''σ'' = {{unité|2.69|b}})<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/U238.intern 92-U-238 cross section table]</ref>. L'intégrale de résonance augmentant avec la température, ce phénomène introduit une rétroaction négative stabilisant le fonctionnement des réacteurs nucléaires.
* <sup>239</sup>Pu est une matière assez stable (''T''{{ind|½}} = {{unité|24110|ans}}) et [[fissile]] (''σ'' = {{unité|790|b}}), mais une fois sur trois (''σ'' = {{unité|271|b}})<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Pu239.intern Sections efficaces du Pu 239]</ref> il capture le neutron incident pour former du <sup>240</sup>Pu.
* <sup>240</sup>Pu, stable en réacteur (''T''{{ind|½}} = {{unité|6563|ans}}), est fertile (''σ'' = {{unité|297.2|b}})<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Pu240.intern 94-Pu-240 cross-section table]</ref> : sous irradiation il peut capturer un neutron pour former du <sup>241</sup>Pu fissile.
* <sup>241</sup>Pu est une matière fortement radioactive (''T''{{ind|½}} = {{unité|14.35|ans}}) et [[fissile]] (''σ'' = {{unité|1.060|kb}})<ref name=Pu241>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Pu241.intern 94-Pu-241 cross-section table]</ref>. Sous irradiation, il peut néanmoins capturer un neutron une fois sur quatre (''σ'' = {{unité|373.7|b}})<ref name=Pu241/> et se transformer en <sup>242</sup>Pu.
* <sup>242</sup>Pu est stable (''T''{{ind|½}} = {{Unité|373000|ans}}). En capturant parfois un neutron (''σ'' = {{unité|20.09|b}})<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Pu242.intern 94-Pu-242 cross-section table]</ref> il se transforme en <sup>243</sup>Pu, très instable, qui se transforme rapidement (''T''{{ind|½}} = {{unité|5|h}}) en [[americium]] 243.
Le plutonium formé par ce cycle, qui peut être extrait chimiquement, est un mélange isotopique contenant au départ surtout du <sup>239</sup>Pu, et d'autant plus d'isotopes plus lourds (240, 241 et 242) que l'irradiation aura été prolongée longtemps.

La principale caractéristique du plutonium, par contraste avec l'uranium naturel, est d'être naturellement enrichi en isotopes fissiles : la mise en œuvre d'une « simple » séparation chimique est suffisante pour obtenir de la matière [[fissile]], sans avoir besoin de recourir à une [[séparation isotopique]]. Cela en fait la principale matière première nécessaire pour alimenter un [[cycle surgénérateur]], en concurrence avec l'uranium fortement enrichi, pour les projets de [[réacteurs de quatrième génération]]. C'est également parce que cette matière fissile est d'obtention comparativement plus facile que l'uranium hautement enrichi que la première [[explosion nucléaire]] a été réalisée avec du plutonium, et que la prolifération nucléaire passe le plus souvent par le détournement à des fins militaires du plutonium produit dans des réacteurs nucléaires réputés civils, mais hors contrôle de l'[[AIEA]].

La série du plutonium formé en réacteur s'arrête en pratique au <sup>242</sup>Pu du fait de la très forte instabilité du <sup>243</sup>Pu, qui dans le flux neutronique relativement limité des réacteurs, se désintègre (''T''{{ind|½}} = {{unité|5|h}}) statistiquement bien avant d'avoir pu capturer un neutron supplémentaire (''T''{{ind|½}} de l'ordre de quelques dizaines d'années en réacteur), ce qui aurait formé du <sup>244</sup>Pu. Paradoxalement, donc, le [[plutonium 244]], seul isotope suffisamment stable pour être présent à l'état de traces dans la nature, est pratiquement absent du plutonium formé en réacteur. Sa formation naturelle est due aux très hauts flux neutroniques rencontrés dans le [[processus r]] de l'explosion des [[Supernova|''supernovæ'']] ; et on en retrouve également des traces dans les isotopes formés lors d'une [[explosion atomique]].

;[[Américium]] et [[radioprotection]]
En dehors des irradiations très brèves conçues pour produire essentiellement du <sup>239</sup>Pu, et donc destinées à un usage militaire, le plutonium formé comprendra toujours une fraction significative de <sup>241</sup>Pu. La formation de ce plutonium s'accompagne alors d'une faible production d'[[américium]], qui le rend à terme très fortement irradiant à cause de l'isotope <sup>241</sup>Am.
En attendant suffisamment longtemps, la [[radioactivité bêta]] de <sup>241</sup>Pu en transformera une fraction en [[ américium 241]] (''T''{{ind|½}} = {{unité|14.35|ans}}), première étape de sa [[chaîne de désintégration]]. Dans 85 % des cas, la [[Radioactivité α|désintégration α]] se produit par une émission d'une particule de {{unité|5.485|MeV}} vers un état excité du <sup>237</sup>Np, qui libère ensuite un rayon gamma de {{unité|59.54|KeV}} pour revenir à son fondamental. Le [[Radioactivité α#Spectre .C3.A9nerg.C3.A9tique|spectre énergétique]] de la désintégration de l'américium 241 étant cependant complexe avec de nombreuses transitions différentes possibles, il génère au total plus de 200 raies d'émissions alpha, gamma et X<ref>[http://laraweb.free.fr/Results/Am-241.txt Nucléide - Bibliothèque d'émission Laraweb : Liste des émissions pour l'américium 241]</ref>.
* <sup>241</sup>Am est très faiblement [[fissile]] (''σ'' = {{unité|3.122|b}})<ref name=Am241>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Am241.intern 95-Am-241 cross-section table]</ref> ; en réacteur c'est surtout un [[poison neutronique]] qui tend à capturer un neutron (''σ'' = {{unité|691.4|b}})<ref name=Am241/> pour former du <sup>242</sup>Am à 90 % et son isomère <sup>242m</sup>Am à 10 %<ref>{{article|langue=en-US|doi=10.3327/jnst.41.448|auteur=A. Sasahara |titre=Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO<sub>2</sub> and MOX Spent Fuels|journal=Journal of Nuclear Science and Technology|date=2004|volume=41|numéro=4|pages=448–456|url=http://www.jstage.jst.go.jp/article/jnst/41/4/448/_pdf|et al. = oui}} [http://sciencelinks.jp/j-east/ article/200410/000020041004A0333355.php Abstract]</ref>. Bien que formé majoritairement, <sup>242</sup>Am est très fortement radioactif (''T''{{ind|½}} = {{unité|16|h}}) et forme rapidement du <sup>242</sup>Cm (à 83 %) ou du <sup>242</sup>Pu.
* <sup>242m</sup>Am sous irradiation en réacteur est un isotope qui disparaît rapidement. Il est facilement [[fissile]] (''σ'' = {{unité|7.028|kb}})<ref name=Am241m>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Am241m.intern 95-Am-241m cross-section table]</ref>, mais une fois sur six ou sept, il capture un neutron supplémentaire pour former du <sup>243</sup>Am (''σ'' = {{unité|1.258|kb}})<ref name=Am241m/>.
* <sup>243</sup>Am provient donc d'une [[capture neutronique]] effectuée soit par <sup>242m</sup>Am, soit par <sup>242</sup>Pu. C'est le plus stable des isotopes de l'[[américium]], avec une demi-vie de {{unité|7370|ans}}. C'est également un poison neutronique mineur, capturant un neutron pour former du <sup>244</sup>Am (''σ'' = {{unité|80.83|b}})<ref>[http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/Tab80WWW.cgi?/data/JENDL/JENDL-4-prc/intern/Am243.intern 95-Am-243 cross-section table]</ref>, lequel se désintègre très rapidement (''T''{{ind|½}} = {{unité|10.1|h}}) pour former du <sup>244</sup>Cm.

L'américium que l'on peut séparer par voie chimique a donc une composition isotopique potentiellement très variable. Le point d'entrée dans la production de l'américium est donc le <sup>241</sup>Pu, qui résulte d'une irradiation prolongée en réacteur. À partir de cet isotope, le temps produira de l'<sup>241</sup>Am à partir du moment où l'âge du <sup>241</sup>Pu formé est une fraction significative de sa demi-vie (''T''{{ind|½}} = {{unité|14.35|ans}}) ; une irradiation prolongée de <sup>241</sup>Pu produira du <sup>242</sup>Pu puis du <sup>243</sup>Am ; et une irradiation prolongée de <sup>241</sup>Pu âgé produira une fraction significative de <sup>242m</sup>Am.

S'agissant du plutonium, la production continue d'<sup>241</sup>Am complique fortement son utilisation par les mesures de [[radioprotection]] qu'il impose, d'autant plus nécessaire que le plutonium sera plus âgé : sa radioactivité croît fortement avec le temps, jusqu'à atteindre son [[équilibre séculaire]] en une cinquantaine d'années. Il est possible d'éliminer l'américium par voie chimique, le rendant temporairement peu irradiant, et ce plutonium « frais » peut alors être employé avec des contraintes de [[radioprotection]] beaucoup plus faible. Mais seule la fraction de <sup>241</sup>Pu déjà transformée en <sup>241</sup>Am peut être ainsi éliminée, le reliquat continuant à produire du <sup>241</sup>Am en permanence. Cet état faiblement irradiant ne dure donc pas, tant que la fraction de <sup>241</sup>Pu reste significative dans le mélange. Avec une demi-vie de {{nombre|14.35|ans}}, il faut donc attendre quelques siècles pour que la séparation de l'américium permette d'obtenir du plutonium à la fois faiblement irradiant, et le restant à long terme.

=== Actinides mineurs ultérieurs ===

L'entrée dans la série du [[curium]] peut se faire par deux points :
* l'américium 241 peut capturer un neutron pour se transformer en <sup>242</sup>Am, puis rapidement (T/2=16h) en [[curium]] 242, ou en <sup>242</sup>Pu du cycle précédent ;
* l'américium 243 peut capturer un neutron pour se transformer en <sup>244</sup>Am, puis rapidement (T/2=10h) en [[curium]] 244.

[[Fichier:Cf 252 Produktion.png|vignette|centré|upright=3|Captures neutroniques successives des actinides mineurs.]]{{clr}}

Une fois atteint le [[curium]], les captures neutroniques successives vont augmenter la masse du noyau depuis <sup>242</sup>Cm jusqu'à <sup>249</sup>Cm.
* Dans cette série, les premiers éléments (242 à 244) sont fortement radioactifs, et retransforment les noyaux en plutonium par une [[radioactivité alpha]].
* Dans cette série, les éléments <sup>243</sup>Cm, <sup>245</sup>Cm et <sup>246</sup>Cm sont fissiles.
À partir de <sup>245</sup>Cm, les demi-vies sont supérieures au millier d'années, et la voie d'évolution principale sous irradiation sera soit la fission, soit l'accumulation de neutrons jusqu'au <sup>248</sup>Cm.
* <sup>248</sup>Cm peut capturer un neutron et se transformer en <sup>249</sup>Cm, qui se transforme rapidement en [[berkélium]] 249.
* <sup>249</sup>Bk peut se désintégrer en <sup>249</sup>Cf, ou capturer un autre neutron pour se transformer en <sup>250</sup>Bk qui se désintègre rapidement en <sup>250</sup>Cf.
Les radionucléides de [[californium]] sont assez fortement radioactifs. Ils peuvent soit accumuler encore des neutrons, passant de <sup>249</sup>Cf à <sup>252</sup>Cf, soit subir une désintégration alpha qui les fera retomber sur la série du [[curium]].

L'accumulation des neutrons plafonne en pratique sur le [[californium]] 253, très instable, qui subit rapidement une désintégration alpha suivie d'une bêta, fait retomber l'isotope sur le même cycle : <sup>253</sup>Cf ⇒ <sup>249</sup>Cm ⇒ <sup>249</sup>Bk. Le cycle peut alors repartir pour quatre absorption neutronique supplémentaires produisant à chaque fois un noyau d'hélium.

;Problématique de l'élimination

Des études et expérimentions ont été conduites pour évaluer les possibilités de transmutation en réacteur de ces éléments, d'une manière qui privilégie la fission sur la capture neutronique. Si la capture neutronique est trop importante, on tombe en effet sur les cycles supérieurs décrits ci-dessus.

Le bilan neutronique étant toujours une question importante, la bonne façon d'éliminer les actinides mineurs est donc de les fissionner le plus rapidement possible, et pour ce faire, d'utiliser un [[réacteurs à neutrons rapides]] voire un [[réacteur nucléaire piloté par accélérateur]].

== Actinides mineurs et déchets nucléaires ==

=== Généralités ===

[[Fichier:SchémaCombustible3.jpg|vignette|Schéma de transformation du combustible en réacteur à neutrons thermiques.]]

La masse totale d'actinides mineurs formés dans le combustible retraité issu des réacteurs à eau pressurisée (taux de combustion moyen de {{unité|33000 à 45000 MWj/tMLi}}<ref name="tmli">tMLi : tonne de Métal Lourd initial.</ref>) varie en fonction du taux de combustion et du type de combustible utilisé (uranium naturel enrichi ou MOX ou URE) entre 2,7 et 3,2 % de la masse de produits de fission formés. On peut donc voir que la « perte » en atomes lourds occasionnée par la mise au déchet des actinides mineurs ne dépasse pas 3,5 % de la ressource totale en uranium.

La composition massique typique des actinides mineurs dans le combustible retraité ({{nb|33000 à 45000 MWj/tMLi}}<ref name="tmli" />) cinq ans après déchargement du réacteur est donnée ci-après. Pour les corps à période inférieure à mille ans, le tableau donne le premier isotope à vie très longue (supérieure à mille ans) rencontré dans la décroissance vers la situation stable (le plomb dans la majorité des cas).

{| class="wikitable alternance" style="text-align:center"
|-
! scope=col | Corps
! scope=col | Période
! scope=col | % mini 
! scope=col | % maxi
! scope=col | {{1er}} descendant à<br>vie très longue
! scope=col | Période du descendant
! scope=col | Observation
|-
! scope=row | Cm 242
| 162,19 j
| 0,01
| 0,03
| U 234
| 245,5 ka
| en passant par {{exp|238}}Pu
|-
! scope=row | ''Total vie très courte''
| < 1 a
| 0,01
| 0,03
|
| 
| 
|-
! scope=row | Cm 244
| 18,1 a
| 2,50
| 4,00
| Pu 240
| 6,56 ka
| 
|-
! scope=row | Cm 243
| 29,1 a
| 0,03
| 0,05
| Pu 239
| 24,1 ka
| 
|-
! scope=row | ''Total vie moyenne''
| 1 a  <   < 31 a
| 2,53
| 4,05
| 
| 
| 
|-
! scope=row | Np 237
| 2,144 Ma
| 45,00
| 55,00
| 
| 
| 
|-
! scope=row | Am 241
| 432,2 a
| 30,00
| 33,00
| Np 237
| 2,144 Ma
| 
|-
! scope=row | Am 243
| 7,37 ka
| 12,00
| 14,00
| 
| 
| 
|-
! scope=row | Cm 245
| 8,5 ka
| 0,15
| 0,20
| 
| 
| 
|-
! scope=row | Am 242m
| 141 a
| 0,08
| 0,12
| U 234
| 245,5 ka
| 
|-
! scope=row | Cm 246
| 4,73 ka
| 0,02
| 0,04
| 
| 
| 
|-
! scope=row | ''Total vie longue''
| > 31 a
| 87,25
| 100,0
| 
| 
| 
|-
! scope=row | ''Total général''
| sans objet
| 100,0
| 100,0
| 
| 
| 2,7 à 3,2 % des PF
|-
|}

Tous ces éléments, notamment ceux à vie courte et moyenne, contribuent fortement au dégagement thermique du combustible irradié et des déchets. Ils sont tous émetteur alpha ou ont des descendants qui le sont<ref>Voir l'article [[Chaîne de désintégration]].</ref> et produisent donc de l'hélium.

=== Risques et dangers liés aux actinides mineurs (AMin) ===
À l'usine de retraitement les AMin, à l'état chimique d'oxydes, se retrouvent mélangés aux produits de fission (PF). Incorporés dans un verre, ils constituent une partie des déchets de type C (HAVL)<ref>Voir les articles [[Déchet radioactif|Déchets radioactifs]] et [[Déchets radioactifs générés par la production d'électricité d'origine nucléaire en France]].</ref>
De façon générale, ils représentent les déchets radioactifs qui posent les principaux problèmes, notamment au niveau du [[stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde]] pour les raisons suivantes :
* en tant qu'émetteurs alpha, ils présentent une forte toxicité chimique et radiologique si l'élément entre dans la chaîne alimentaire (inhalé, injecté ou ingéré) ;
* ils dégagent une forte chaleur ; les émissions alpha des actinides sont toutes à une énergie élevée de l'ordre de 4,5 à 5,5 [[MeV]] ;
* ils dégagent de l'[[hélium]], qui est suspecté de pouvoir dégrader la cohésion du verre de conditionnement des déchets<ref>http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/Verres_R7T7.htm</ref>.
En revanche, il est établi qu'ils n'ont qu'une très faible mobilité dans les sols et l'environnement où ils se trouveraient dispersés<ref>http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/RadiotoxiciteCU.htm</ref>

=== Tableau de synthèse ===

{| border=0 align="center" style="text-align: left; border: 1px solid; margin-left: 10px; font-size:95%;"
! colspan="9" style="font-size:105%;" |
|- style="text-align:center; background:#d8d8d8;"
! colspan="4" | Actinides par chaîne de désintégration
! rowspan="3" | [[période radioactive|Période]]<br /> [[année julienne|a]]
! rowspan="2" colspan="4" style="font-size:95%" | Produits de fission par abondance de production
|- style="background:#e8e8e8; text-align:center;"
| rowspan="2" | [[Chaîne de désintégration#Famille 4n + 0 du thorium 232|4''n'']]
| rowspan="2" | [[Chaîne de désintégration#Famille 4n + 1 du neptunium 237|4''n''+1]]
| rowspan="2" | [[Chaîne de désintégration#Famille 4n + 2 de l'uranium 238|4''n''+2]]
| rowspan="2" | [[Chaîne de désintégration#Famille 4n + 3 de l'uranium 235|4''n''+3]]
|- style="background:#e8e8e8; text-align:center;"
|
| style="font-size:75%" |2,25-3,5 %
| style="font-size:75%; padding:3px 0" |0,015-0,7 %
| style="font-size:75%" |< 0,0065 %
|-
| <sup>[[Radium 228|228]]</sup>Ra<sup>№</sup> 0
!
!
!
! style="text-align:center; background:#e8e8e8; " | 4–6
| rowspan=3 style="vertical-align:top; border-left:1px solid black; padding:1px 0 1px 1px;" | †
|
| <sup>[[Isotopes de l'europium#Europium 155|155]]</sup>Eu<sup>þ</sup>0
|
|-
| <sup>[[Curium 244|244]]</sup>Cm 1
| <sup>[[Plutonium 241|241]]</sup>Pu<sup>ƒ</sup> 1
| <sup>[[Isotopes du californium|250]]</sup>Cf 1
| <sup>[[Actinium 227|227]]</sup>Ac<sup>№</sup> 1
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 10–29
| <sup>[[Strontium 90|90]]</sup>Sr 1
| <sup>[[Krypton 85|85]]</sup>Kr 1
| <sup>[[Isotopes du cadmium#Cadmium 113m|113m]]</sup>Cd<sup>þ</sup> 1
|-
| <sup>[[Uranium 232|232]]</sup>U<sup>ƒ</sup> 1
|
| <sup>[[Plutonium 238|238]]</sup>Pu 1
| <sup>[[Curium 243|243]]</sup>Cm<sup>ƒ</sup> 1
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 29–97
| <sup>[[Césium 137|137]]</sup>Cs 1
| <sup>[[Samarium 151|151]]</sup>Sm<sup>þ</sup> 1
| <sup>[[Isotopes de l'étain#Étain 121m|121m]]</sup>Sn 1
|-
|
| <sup>[[Isotopes du californium|249]]</sup>Cf<sup>ƒ</sup> 2
| <sup>[[Américium 242m|242m]]</sup>Am<sup>ƒ</sup> 2
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 141–351
| rowspan="7" colspan="4" align="center" bgcolor=#ffffdd style="border-width:1px; border-style:dashed" |
Aucun produit de fission<br />
n'a une demi-vie<br />
comprise entre<br />
100 et {{nombre|100000|ans}}
|-
|
| <sup>[[Américium 241|241]]</sup>Am 2
|
| <sup>[[Isotopes du californium|251]]</sup>Cf<sup>ƒ</sup> 2
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 430–900
|-
|
|
| <sup>[[Radium 226|226]]</sup>Ra<sup>№</sup> 3
| <sup>[[Isotopes du berkélium|247]]</sup>Bk 3
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 1,3k–1,6k
|-
| <sup>[[Plutonium 240|240]]</sup>Pu 3
| <sup>[[Thorium 229|229]]</sup>Th 3
| <sup>[[Curium 246|246]]</sup>Cm 3
| <sup>[[Americium 243|243]]</sup>Am 3
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 4,7k–7,4k
|-
|
| <sup>[[Curium 245|245]]</sup>Cm<sup>ƒ</sup> 3
| <sup>[[Curium 250|250]]</sup>Cm 3
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 8,3k–8,5k
|-
|
|
|
| <sup>[[Plutonium 239|239]]</sup>Pu<sup>ƒ</sup> 4
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 24,11k
|-
|
|
| <sup>[[Thorium 230|230]]</sup>Th<sup>№</sup> 4
| <sup>[[Protactinium 231|231]]</sup>Pa<sup>№</sup> 4
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 32k–76k
|-
| <sup>[[Neptunium 236|236]]</sup>Np<sup>ƒ</sup> 5
| <sup>[[Uranium 233|233]]</sup>U<sup>ƒ</sup> 5
| <sup>[[Uranium 234|234]]</sup>U<sup>№</sup> 5
|
! class="nowrap" style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 100k–250k
| rowspan="5" style="vertical-align:top; border-left:1px solid black; padding:2ex 0 1px 1px;" | ‡
| <sup>[[Technétium 99|99]]</sup>Tc<sup>₡</sup> 5
| <sup>[[Étain 126|126]]</sup>Sn 5
|-
| <sup>[[Curium 248|248]]</sup>Cm 5
|
| <sup>[[Plutonium 242|242]]</sup>Pu 5
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 280k–375k
|
| <sup>[[Sélénium 79|79]]</sup>Se<sup>₡</sup> 5
|-
|
|
|
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 1,53M
| <sup>[[Zirconium 93|93]]</sup>Zr 6
|-
|
| <sup>[[Neptunium 237|237]]</sup>Np 6
|
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 2,1M–6,5M
| <sup>[[Césium 135|135]]</sup>Cs<sup>₡</sup> 6
| <sup>[[Palladium 107|107]]</sup>Pd 6
|-
| <sup>[[Uranium 236|236]]</sup>U 7
|
|
| <sup>[[Curium 247|247]]</sup>Cm<sup>ƒ</sup> 7
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 15M–24M
|
| <sup>[[Isotopes de l'iode#Iode 129|129]]</sup><sup>₡</sup> 7
|-
| <sup>[[Plutonium 244|244]]</sup>Pu<sup>№</sup> 7
|
|
|
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 80M
| colspan="4" rowspan="2" align="center" bgcolor=#ffffdd style="border-width:1px; border-style:dashed" |
Aucun atome au-dessus de 15,7 Ma
|-
| <sup>[[Thorium 232|232]]</sup>Th<sup>№</sup> 9
|
| <sup>[[Uranium 238|238]]</sup>U<sup>№</sup> 9
| <sup>[[Uranium 235|235]]</sup>U<sup>ƒ№</sup> 9
! style="text-align:center; background:#e8e8e8;" | 0,703G–14G
|-
| colspan=9 style="border-top:1px solid gray; table-layout:fixed; width:100%; background:#ececec; font-size:90%; padding-left:1em;" |
'''Légende'''<br />
₡ Section efficace de capture dans la plage 8–50 barns<br />
ƒ Fissile <br />
m Métastable<br />
№ [[Isotope naturel]]<br />
þ Poison neutronique (section efficace de capture supérieure à {{nb|3000 barns}})<br />
† Plage 4 a–97 a : produit de fission à vie moyenne<br />
‡ Au-dessus de 100 ka : produit de fission à vie longue<br />
a = [[année julienne]] = 365,25 jours exactement
|}

== Notes et références ==
{{Références|taille=30}}
{{Traduction/Référence|en|Actinide|579398621}}

== Voir aussi ==

=== Articles connexes ===
* [[Physique nucléaire]]
* [[Transuranien]]s 
* [[Radioactivité]]
* [[Déchet radioactif]]
* [[Uranium]]

=== Liens externes ===
* {{lien web|consulté le=2016-05-21|url=http://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/|titre=UICPA}} : Tableau périodique officiel du {{date-|21 mai 2016}} ; page de liens vers le [[tableau périodique]]

{{Tableau périodique (navigation)}}
{{Familles d'éléments chimiques (navigation)}}
{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Actinide| ]]