Technétium - Définition

Gisements et production

Dans la nature

L'isotope le plus stable du technétium (⁹⁸Tc) ayant une période radioactive de l'ordre du millième de l'âge de la Terre, toute trace de technétium primordial a aujourd'hui disparu du milieu naturel. En revanche, du technétium secondaire peut être trouvé à l'état de traces comme produits de désintégration nucléaire récente d'éléments radioactifs plus lourds, notamment dans les minerais d'uranium.

Depuis sa découverte, beaucoup de recherches ont tenté de trouver des sources terrestres naturelles. En 1962, le technétium-99 a été isolé et identifié en très petite quantité dans l’uraninite provenant d'Afrique comme produit de fission spontanée d'uranium 238. Cette découverte a été faite par B.T. Kenna et P.T. Kuroda. En 1999, David Curtis, du Laboratoire national de Los Alamos, estime qu'un kilogramme d'uranium devrait contenir 1 nanogramme (10^-9g) de technétium.

Dans l'espace, quelques étoiles de type géantes rouges contiennent une raie d'absorption dans leur spectre correspondant à la présence de technétium. La présence de cet élément dans les géantes rouges a conduit à la preuve de la production des éléments lourds (nucléosynthèse) dans les étoiles.

Production dans les déchets nucléaires

Si le technétium 99 est très rare dans la nature, il est en revanche produit en quantité significative chaque année, comme produit de fission du combustible nucléaire. La fission d'un gramme d'uranium 235 dans un réacteur nucléaire produit 27 mg de ⁹⁹Tc, ce qui lui confère un taux de production de 6,1 %. D'autres éléments fissiles permettent également d'en produire avec des taux similaires, par exemple 4,9 % à partir de l'uranium 233 ou 6,21 % pour le plutonium 239.

On estime que jusqu'en 1994, environ 49 000 TBq (78 tonnes) de technétium ont été produites dans les réacteurs nucléaires, ce qui constitue de loin la première source de technétium terrestre. Cependant seule une petite fraction du technétium produit est utilisé commercialement. En 2005, le technétium 99 s'achetait sous forme de pertechnétate d'ammonium pour 83 dollars/g. Cela en fait un élément plus cher que le platine qui n'a jamais été vendu à plus de 72,40 dollars/g.

Puisque le taux de production de technétium comme produit de la fission de l'uranium 235 et du plutonium 239 est faible, il est présent dans les déchets nucléaires des réacteurs à fission et est également produit lors de l'explosion d'une bombe nucléaire. Dans l'environnement, la quantité de technétium produit artificiellement dépasse de plusieurs ordres de grandeur la quantité de technétium naturel. Ce technétium est dégagé lors d'essais nucléaires dans l'atmosphère ainsi que par le rejet et le traitement des déchets nucléaires. Son fort taux de radioactivité et sa longue demi-vie font du technétium 99 un des composants principaux des déchets nucléaires. Sa désintégration, mesurée en becquerels par unité de combustible usé, domine dans un intervalle de 10⁴ à 10⁶ ans après la création du déchet.

En 1994, on estimait que 160 TBq (environ 250 kg) de technétium 99 avaient été libérées dans l'environnement à la suite des essais nucléaires dans l'atmosphère. La quantité de technétium produit dans les réacteurs nucléaires et relâchée dans l'environnement se montaient en 1986 à environ 1000 TBq (1600 kg) en tout, principalement dégagé au cours du traitement du combustible usé et rejeté dans la mer. Au cours des dernières années, les méthodes de retraitement ont été améliorées afin de réduire ces émissions. En 2005, la premier source de rejet de technétium 99 dans l'environnement était le site de Sellafield qui a relâché environ 550 TBq (900 kg) entre 1995 et 1999 dans la mer d'Irlande. Depuis l'an 2000, la règlementation limite les rejets à 90 TBq (140 kg) par an.

A la suite du retraitement du combustible usé, du technétium a été relâché dans la mer en divers endroits, et se retrouve en quantités faibles mais mesurables dans la faune aquatique. Par exemple, le homard de Cumbrie en contient des traces. Les bactéries anaérobies sporulantes du genre clostridium ont la capacité de réduire le Tc(VII) en Tc(IV). Les clostridia jouent également un rôle dans la réduction du fer, du manganèse et de l'uranium, modifiant ainsi la solubilité de ses éléments dans les sols et les sédiments. Leur capacité à réduire le technétium pourrait déterminer une grande part de la mobilité du Tc dans les déchets industriels et d'autres environnements souterrains.

La longue durée de vie du technétium 99 et sa capacité à former des espèces anioniques en fait avec l'iode ¹²⁹I, un des problèmes principaux dans le traitement à long terme des déchets radioactifs. De plus, beaucoup de procédés conçus pour enlever les produits de fission dans les usines de retraitement sont conçus pour retirer les espèces cationiques comme le césium ¹³⁷Cs ou le strontium ⁹⁰Sr. Les ions pertechnétate échappent donc à ces procédés de retraitement. Les solutions de traitement envisagées s'orientent vers l'enfouissement dans des couches géologiques profondes. Le risque principal de cette technique est le contact possible avec l'eau, ce qui pourrait conduire à la contamination de substances radioactives dans l'environnement. Les anions pertechnétate et iodure sont moins facilement absorbés sur les surfaces des minéraux et donc plus facilement mobiles.

En comparaison, le plutonium, le césium et l'uranium se lient plus facilement que le technétium aux particules du sol. Pour cette raison, la chimie environnementale du technétium fait l'objet de recherches intenses. La démonstration d'une méthode alternative d'élimination du technétium 99, la transmutation nucléaire, a été réalisée au CERN. Dans ce procédé de transmutation, le technétium 99 sous forme d'une cible métallique est bombardé par des neutrons pour former le ¹⁰⁰Tc à faible durée de vie (demi-vie de 16s) qui se désintègre aussitôt par radioactivité bêta en ruthénium (¹⁰⁰Ru). Si on cherche à obtenir du ruthénium utilisable, une cible de technétium extrêmement pur est nécessaire. Si des faibles traces d'actinides mineurs comme l'américium et le curium sont présentes, elles sont susceptibles de subir une fission et de former des produits de fission qui rendent la cible irradiée encore plus radioactive. La formation de ¹⁰⁶Ru (demi-vie de 374 jours) de la "fresh fission" est susceptible d'augmenter l'activité du ruthénium métallique obtenu, ce qui nécessite alors un long temps de refroidissement après l'irradiation et avant que le ruthénium puisse être utilisé.

La production de technétium 99 à partir de combustible nucléaire usé est un procédé long. Il apparait dans le déchet liquide, fortement radioactif. Après plusieurs années, après que la radioactivité a suffisamment diminuée, l'extraction des isotopes avec une longue durée de vie, dont le technétium 99, devient possible. Plusieurs processus d'extraction chimique sont ensuite utilisés qui permettent d'obtenir du technétium métallique très pur.

Il est donc préparé en le séparant chimiquement du combustible appauvri des réacteurs. Les deux tiers de la production mondiale de ⁹⁹Tc proviennent du réacteur national de recherche universel des Laboratoires nucléaires de Chalk River, en Ontario, au Canada.

Production par activation neutronique du molybdène ou d'autres éléments purs

L'isotope métastable ^99mTc est produit lors de la fission de l'uranium ou du plutonium dans les réacteurs nucléaires. Dans une organisation conventionnelle du traitement des déchets nucléaires, le combustible usagé peut être stocké pendant plusieurs années avant le retraitement, de sorte que la totalité du ⁹⁹Mo et du ^99mTc qu'il contient se soit désintégrée avant d'être séparée des actinides majeurs. Le produit de raffinement PUREX contient une forte de concentration de technétium sous forme de TcO₄^-, mais il s'agit en quasi-totalité de l'isotope ⁹⁹Tc.

La majeure partie du ^99mTc utilisé en médecine est produite à partir de ⁹⁹Mo, lui-même produit par activation neutronique de ⁹⁸Mo. ⁹⁹Mo a une demi-vie de 67 heures, de sorte que le ^99mTc à faible durée de vie (demi-vie égale à 6 heures) qui est produit par sa désintégration est produit en continu. Dans les hôpitaux, on extrait ensuite le technétium de la solution par un procédé chimique en utilisant un générateur de technétium 99m (appelé en anglais technetium cow, vache à technétium, ou encore molybdenum cow). Le générateur de technétium standard est une colonne d'alumine contenant du molybdène 98. Dans la mesure où l'alumine a une très faible section efficace pour les neutrons, la colonne peut être facilement irradiée par des neutrons afin de produire le molybdène 99 radioactif.

Une méthode alternative consiste à irradier de l'uranium enrichi afin de produire le ⁹⁹Mo comme produit de la fission. Mais il faut ensuite séparer le molybdène des autres produits de fission par un procédé chimique complexe que la première méthode ne nécessite pas.

Les autres isotopes du technétium ne sont pas produits en quantités significatives par fission. En cas de besoin, ils sont fabriqués par irradiation de neutrons sur des isotopes parents. Par exemple, ⁹⁷Tc est fabriqué à partir de ⁹⁶Ru.