Césium

	Césium

Xénon ← Césium → Baryum
Rb	55 Cs

Précautions
SIMDUT
B4, B6, E,

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 possible 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 le seul métal liquide à CATP.

Le nom dérive du latin « caesius », ce qui signifie « bleu ciel », attribué du fait de la couleur bleu clair des deux lignes caractéristiques de son spectre d'émission.

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.

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 varie de 112 à 151. Même si cet élément a un grand nombre d'isotopes, il n'a qu'un seul isotope naturel stable Cs. La plupart des autres isotopes ont des périodes radioactives brèves — de quelques jours à quelques fractions de seconde.

L'isotope radiogéniques Cs (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 (notamment dans la chaîne alimentaire) ou si une grotte était ou non isolée du monde extérieur.

Le césium 137 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 très longue période radioactive, du césium 134 (période de 2 ans), ou, comme on l'a vu, du césium 137 (période de 30 ans).

• Horloge atomique : l'isotope stable Cs permet d'obtenir une exactitude de 2×10 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 fondamental 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 souvent des composés de césium, notamment dans l'infrarouge. Par rapport aux détecteurs à semi-conducteurs, le photomultiplicateur est beaucoup plus encombrant et délicat à utiliser.
• L'isotope Cs 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 afin de créer l'effet de saturation létal aux cellules fermentatrices cancéreuses.

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 donc 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 considérées, mais aussi 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 favorise son transfert vers la plante (jusqu'à 90 % en plus). Siobhan Staunton de l'INRA (ENSAM) notait néanmoins en 1996 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 encore si les arbres seront concernés après quelques décennies ou quelques siècles.

Sur le long terme, la contamination se fait surtout 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.

Pour le Cs, 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 Cs est corrélée avec celle de l'alimentation.
• En zone contaminée, le lait maternel contient du Cs, et celui-ci passe dans le sang et l'organisme du nouveau-né. En zone contaminée de Biélorussie, la part du Cs ingéré par une mère transférée au bébé allaité est d'environ 15 %.
• 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. Le césium peut contaminer le lait maternel et avoir des effets délétères chez l'enfant.
• Y. I. Bandazhevsky et d'autres ont plusieurs années après l'accident détecté une augmentation des pathologies cardiovasculaires.
• Une radiotoxicité est démontrée pour le foie et le rein, ce qui explique probablement les troubles du métabolisme de la vitamine D associés à de faibles doses de Cs (également observé chez le rat exposé au Cs en laboratoire. Ces troubles pourraient augmenter le risque de rachitisme et de défaut de la minéralisation (problèmes osseux, dentaires..). Chez le rat, alors 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 contrairement à ce qui avait été observé chez le modèle adulte, des troubles de la calcification du squelette sont observés.