Césium

iso	AN	Période	MD	Ed	PD
iso	AN	Période	MD	MeV	PD
¹³³Cs	100 %	stable avec 78 neutrons
¹³⁴Cs	{syn. }	2, 0648 a	ε —— β-	1, 229 ——— 2, 059	¹³⁴Xe ——— ¹³⁴Ba
¹³⁵Cs	{syn. } trace	2, 3 Ma	β-	0, 269	¹³⁵Ba
¹³⁷Cs	{syn. }	30, 07 a	β-	1, 176	¹³⁷Ba

Précautions

SIMDUT^[5]

B4, B6, E,

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.

C'est un métal alcalin argent-doré dont le point de fusion est suffisamment proche de la température ambiante (CATP) pour qu'il soit envisageable de l'obtenir à l'état liquide à cette température grâce à la surfusion. Il en est de même pour le gallium et le rubidium, le mercure étant l'unique métal liquide à CATP.

Césium - Métal, dans une ampoule de verre.

Histoire

Le nom dérive du latin «cæsius», ce qui veut dire «bleu ciel», attribué du fait de la couleur bleu clair des deux lignes caractéristiques de son spectre d'émission^[6].

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

Isotopes du césium

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

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

Le césium 135 a une période radioactive de 2, 3 millions d'années et fait partie des déchets radioactifs à vie longue.

L'isotope radiogéniques ¹³⁷Cs (l'un des nombreux produits de fission de l'uranium) est le plus connu, car il a été utilisé dans les études hydrologiques et écologique suite à une contamination générale de l'atmosphère induite, à partir de 1945, par l'utilisation des bombes atomiques et des essais nucléaires (puis l'accident de Tchernobyl), et , dans une moindre mesure, à cause des rejets de centrales nucléaires ou de sites de retraitement, stockage, etc. Son suivi a par exemple permis de mesurer à quelle vitesse l'eau des nappe se renouvelait, la cinétique environnementale du césium (surtout dans la chaîne alimentaire) ou si une grotte était ou non isolée du monde extérieur. Il a une période radioactive de 30, 17 années. Il se désintègre en baryum 137m (de courte durée produit de la dégradation), puis en une forme de baryum non-radioactif.

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

Utilisation

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

Comportement du césium dans l'environnement

La cinétique des isotopes du césium (radio-élements) dans l'environnement est étudiée avec intérêt depuis la catastrophe de Tchernobyl.
Le radiocésium est fortement absorbé dans les argiles pures du sol, et par conséquent peu mobile vers les eaux profondes ou superficielles (hormis en présence d'érosion). Il peut être absorbé par les racines et les mycéliums des champignons, dont les champignons à fructification souterraine (truffes, truffe du cerf) qui peuvent le concentrer et le véhiculer via la rhizosphère et les Mycorhizes vers les plantes. L'INRA de Montpellier a tenté de modéliser la circulation du césium via les plantes et le sol dans les années 1990, sur la base de données montrant que le taux et la vitesse d'absorption par les plantes dépendaient des espèces reconnues, mais également de la concentration en potassium du sol, de la densité racinaire et de la distribution profonde des racines.
La présence de matière organique dans l'argile diminue la fixation du césium dans le sol et facilite son transfert vers la plante (jusqu'à 90 % en plus). Siobhan Staunton de l'INRA (ENSAM) notait néanmoins en 1996^[7] qu'une grande part du césium pompé par la plante est excrétée et non transférée vers les parties supérieures. Peu après une pollution de surface, ce sont les plantes à racines superficielles qui sont contaminées, puis 20 ans après en moyenne, ce sont les plantes se nourrissant plus profondément ou certains champignons. On ignore toujours si les arbres seront concernés après quelques décennies ou quelques siècles.

Cinétique dans l'organisme humain

Sur le long terme, la contamination se fait en particulier par ingestion et absorption gastro-intestinale. Le césium est ensuite transporté par le sang et tend à se fixer à la place de son analogue chimique, le potassium.

Toxicité du césium

Pour le ¹³⁷Cs, les effets des fortes doses ont été étudiés, mais les effets des faibles doses et des expositions chroniques étaient mal documentés. L'étude des conséquences de Tchernobyl a permis de montrer que :

La charge corporelle en ¹³⁷Cs est corrélée avec celle de l'alimentation^[8].
En zone contaminée, le lait maternel contient du ¹³⁷Cs, et ce dernier passe dans le sang et l'organisme du nouveau-né^[9]^,^[10]. En zone contaminée de Biélorussie, la part du ¹³⁷Cs ingéré par une mère transférée au bébé allaité est d'environ 15 %^[11].
Il existe une corrélation entre charge corporelle en césium et dérèglement de l'immunité humorale et cellulaire, selon une étude portant sur des enfants vivant en zone contaminée^[12]. Le césium peut contaminer le lait maternel et avoir des effets délétères chez l'enfant^[13].
Y. I. Bandazhevsky et d'autres ont plusieurs années après l'accident détecté une augmentation des pathologies cardiovasculaires^[14].
Une radiotoxicité est démontrée pour le foie^[15] et le rein^[16], ce qui explique certainement les troubles du métabolisme de la vitamine D associés à de faibles doses de ¹³⁷Cs (aussi observé chez le rat exposé au ¹³⁷Cs en laboratoire. Ces troubles pourraient augmenter le risque de rachitisme et de défaut de la minéralisation (problèmes osseux, dentaires.. ) ^[17]. Chez le rat, tandis que les faibles doses semblent sans effet sur le squelette de l'adulte, une contamination in utero des embryons, via une exposition chronique de la mère (à de faibles doses) durant la grossesse semble perturber le métabolisme de la vitamine D, tant au niveau hormonal que moléculaire et au contraire de ce qui avait été observé chez le modèle adulte, des troubles de la calcification du squelette sont observés^[18].

Références

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
(en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [ lien DOI ]
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89^e éd. , p. 10-203
«Césium» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
Image des Raies spectrales d'émission du césium. Voir juste ici à droite :
Paris, Le sol, un patrimoine menacé ? Le point scientifique, Congrès : Forum, Paris, 24 octobre 1996
Handl, J., D. Beltz, W. Botsch, S. Harb, D. Jakob, R. Michel, and L. D. Romantschuk. 2003. Evaluation of radioactive exposure from 137Cs in contaminated areas of Northern Ukraine. Health Phys 84 :502-17
Johansson, L., A. Björeland, and G. Agren. 1998. Tranfer of ¹³⁷Cs to infants via human breast milk. Radiat Prot Dosimetry 79 :165-67.
Thornberg, C., and S. Mattsson. 2000. Increased 137Cs metabolism during pregnancy. Health Phys 78 :502-6.
Johansson, L., A. Björeland, and G. Agren. 1998. Tranfer of 137Cs to infants via human breast milk. Radiat Prot Dosimetry 79 :165-67.
Titov, L. P., G. D. Kharitonic, I. E. Gourmanchuk, and S. I. Ignatenko. 1995. Effects of radiation on the production of immunoglobulins in children subsequent to the Chernobyl disaster. Allergy Proc 16 :185-93.
Document de 6 pages intitulé "Effets du césium 137 sur le métabolisme de la Vitamine D₃ (ou Cholécalciférol) après une contamination chronique via le lait maternel", Emilie Tissandié, 3^e année de thèse (Thèse : Effets des radionucléides sur le métabolisme de la vitamine D3 chez le rat)
Bandazhevskaya, G. S., V. B. Nesterenko, V. I. Babenko, T. V. Yerkovich, and Y. I. Bandazhevsky. 2004. Relationship between cæsium (137Cs) load, cardiovascular symptoms, and source of food in'Chernobyl'children -- preliminary observations after intake of oral apple pectin. Swiss Med Wkly 134 :725-9.
Stojadinovic, S., and M. Jovanovic. 1966. Activity of transaminases in the rat serum after internal contamination with ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr. Strahlentherapie 131 :633-6.
Nikula, K. J., B. A. Muggenburg, W. C. Griffith, W. W. Carlton, T. E. Fritz, and B. B. Bœcker. 1996. Biological effects of ¹³⁷CsCl injected in beagle dogs of different ages. Radiat Res 146 :536-47.
Tissandié, E., Y. Gueguen, J. M. Lobaccaro, J. Aigueperse, P. Gourmelon, F. Paquet, and M. Souidi. 2006a. Chronic contamination with 137Cesium affects Vitamin D3 metabolism in rats. Toxicology 225 :75-80.
Document déjà cité d'Emilie Tissandié, intitulé "Effets du césium 137 sur le métabolisme de la Vitamine D₃ après une contamination chronique via le lait maternel", page 5-6.

Voir aussi

Liens externes

(en) Réaction d'un mélange de Césium & d'eau en vidéo
(en) Toxicological Profile for Cesium, ATSDR, U. S. Department of Health and Human Services.
(en) Images du césium sous différentes formes

Images (le césium et un de ses minerais)

Césium cristallisé, dans une ampoule de verre.

Pollucite, minerai de césium.
Formule chimique : (Cs, Na) ₂Al₂Si₄O₁₂·2H₂O.

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Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz rares
Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Métaux de transition	Métaux pauvres
Lanthanides	Actinides	Superactinides	Éléments non classés

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