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Qu’est-ce qu’un isotope stable ?
La matière (eau, air, êtres vivants, …) qui nous entoure est constituée d’atomes. Certains atomes ne changent pas, ils sont stables. D’autres atomes contiennent un surplus d’énergie qu’ils diffusent sous la forme de rayonnements. On parle alors de radioactivité.
Les atomes sont constitués d’un noyau autour duquel gravitent des électrons. A l’intérieur de ce noyau, on retrouve des neutrons et des protons. C’est le nombre de protons du noyau qui lui donne son identité.
Deux atomes peuvent être constitués du même nombre de protons, seulement leur nombre de neutrons est différent. On parle d’isotopes. Ils appartiennent au même élément chimique mais possèdent des propriétés différentes.
On distingue alors des familles d’isotopes. Les isotopes stables n’émettent pas de rayonnement et donc pas de radioactivité. Ils sont utilisés dans un grand nombre d’applications, notamment dans les secteurs de la santé, de la recherche scientifique et de l’industrie.
Au 19e siècle, le chimiste Dmitri Mendeleïev a créé un tableau pour classer les familles d’atomes. C’est ainsi que le tableau périodique des éléments est né. Parmi les 118 éléments de ce tableau périodique des éléments chimiques, 80 ont des isotopes stables.
Santé
Dans le domaine de la santé, les isotopes stables sont principalement utilisés comme matière de base pour de nombreux radio-médicaments, ils contribuent ainsi au diagnostic et au traitement des cancers.
Après purification et transformation par Orano, les isotopes stables peuvent être irradiés dans des réacteurs de recherche, des accélérateurs, ou des cyclotrons et produire ainsi des radio-isotopes médicaux, dont bénéficient chaque année près de 35 millions de patients.
Des isotopes du molybdène peuvent être utilisés pour fabriquer une solution de Technicium 99 métastable, radio médicament utilisé dans 80 % des procédures de médecine nucléaire, en vue de réaliser de nombreux diagnostics, comme par exemple une scintigraphie pulmonaire.
Pour l’isotope 100, présent à 9 % à l’état naturel, après transformation, il sera augmenté à plus de 99 %. Cela permet d’obtenir une matière d’une grande pureté qui correspond aux exigences médicales.
De la même manière, les isotopes stables peuvent être utilisés pour améliorer la résolution des imageries à résonnance magnétique. Comme le xénon-129, présent à l’état naturel à 26,4 %, utilisé comme agent de contraste pour des IRM pulmonaires après purification et transformation.
Recherche
Dans le milieu de la recherche fondamentale, les isotopes stables servent un grand nombre de secteur d’avenir comme l’informatique quantique et des expériences fondamentales pour améliorer la compréhension de la matière. Par exemple, l’isotope 136 du Xénon (8,9 % à l’état naturel) permet d’effectuer des recherches sur la matière.
Concernant l’informatique quantique, le silicium-28 promet de grandes avancées dans l’industrialisation des puces quantiques à des milliers, voire à des millions de « qubits ». Pour ce faire, les chercheurs ont besoin de silicium enrichi en isotope 28. Le silicium naturel est composé de 92 % de l’isotope 28, après transformation, il sera augmenté jusqu’à 99,9 %.
Industrie
Dans le secteur industriel, l’usage des isotopes naturels se développe, par exemple, pour améliorer la performance des lasers. L’utilisation des isotopes stables comme le zinc, appauvri en zinc 64, permet également de réduire la corrosion des équipements de refroidissement des réacteurs nucléaires de production d’électricité, tout en limitant la production de déchets.
Comment ça marche ?
A l’état naturel, un élément est formé de plusieurs isotopes.
Par exemple le carbone est composé à 98,93 % de carbone-12 et 1,07 % de carbone-13. Les divers utilisateurs d’isotopes stables ont besoin d’élément avec une teneur d’un isotope spécifique très élevée, allant parfois jusqu’à plus de 99,99 %. L’élément naturel a donc besoin d’être enrichi. Pour ce faire, Orano utilise notamment la centrifugation.
La centrifugation repose sur la différence de masse entre les différents isotopes. Elle consiste à faire tourner à très haute vitesse un bol cylindrique dans lequel est introduit l’élément à enrichir sous forme gazeuse. Si l’élément naturel ne peut être sous forme gazeuse à température et pression compatibles avec les centrifugeuses, il faut alors le transformer en un vecteur gazeux compatible (souvent un élément fluoré) : on parle alors de l’étape de conversion.
Ensuite, sous l’effet de la force centrifuge, les molécules les plus lourdes de l’élément à enrichir se concentrent à la périphérie tandis que les plus légères migrent vers le centre. Cette étape élémentaire de séparation des molécules est répétée au sein d’un ensemble de centrifugeuses mises en série et en parallèle, appelé cascade. Après ce processus d’enrichissement, l’élément sous forme gazeuse est transformé dans la forme désirée par le client qu’elle soit solide, liquide ou gazeuse.
Dans la première phase de développement de l’activité isotopes stables, Orano utilisera la technologie d’enrichissement par centrifugation. Dans une phase ultérieure, Orano envisage, si le marché le nécessite, d’utiliser d’autres technologies pour enrichir des isotopes stables. Ceci est possible grâce au savoir-faire acquis et à la modularité du bâtiment du Laboratoire Isotopes Stables.
Découvrir le procédé de centrifugation
