Technétium

Beaucoup de découvreurs pensaient avoir identifié cet élément dès la seconde moitié du XIXe siècle, mais il a fallu attendre 1937 pour que deux chercheurs italiens isolent deux isotopes de cet élément artificiel et radioactif, avec des périodes de demi-vie trop courtes expliquant pratiquement son absence dans la croûte terrestre.

Dans son élaboration du tableau périodique, Dimitri I. Mendeleïev (cf. D. I. Mendeleïev), n’avait qu’un seul élément présent dans la colonne débutant par le manganèse (maintenant dénommée colonne 7) dont les oxydes étaient déjà employés par l’homme de Cro-Magnon (cf. Manganèse, Oxydes de manganèse). Il prédit les propriétés de cet élément qu’il appela eka-manganèse… à l’exception de son état radioactif.

Pourtant, avant même l’existence probable de l’eka-manganèse, sa présence fut tout d’abord supposée dans un alliage de platine en 1828 et cet élément fut nommé polinium avant de se révéler être de l’iridium impur. En 1846, l’élément « ilménium » a été déclaré découvert, mais il s’agissait en fait de niobium impur.

En 1877, le chimiste russe Sergueï Kern rapporta avoir trouvé l’élément manquant dans un alliage métallique. Il le nomma davyum en hommage à Sir Humphrey Davy, mais l’élément s’avéra être un mélange d’iridium, de rhodium (cf. Rhodium) et de fer (cf. Fer). Un autre candidat, le lucium suivit en 1896 mais fut identifié comme étant de l’yttrium (cf. Yttrium).

En 1908, le chimiste japonais Masataka Ogawa crut trouver des preuves de la présence de l’élément 43 dans un minerai (cingalais et rare) de thorianite. En bon sujet de l’Empire du Soleil levant, il l’appela nipponium. Des examens ultérieurs des expériences de M. Ogawa montrèrent la présence de rhénium (le dvi-manganèse de Mendeleïev), mais pas celle de l’élément 43.

En 1925, les allemands Walter Noddack, Otto Berg et Ida Tacke annoncèrent sa découverte en examinant le spectre en rayons X du bombardement de la colombite par des électrons. Ils lui donnèrent le nom de masurium, mais ils ne parvinrent pas à reproduire cette expérience.

Pour la petite histoire, on notera que ces trois chercheurs ont également détecté en 1925 dans le minerai de platine, la colombite et la molybdénite le dvi-manganèse, dont ils en ont extrait, en 1928, 1 g à partir de 660 kg de molybdénite, et lui ont donné le nom de rhénium, plus cher que l’or, même du Rhin !

La découverte de l’élément 43 a été officiellement confirmée en 1937 à l’université de Palerme en Sicile, par les travaux de Carlo Perrier et Emilio Segrè. Au cours de l’été de 1936, ce dernier fit un voyage aux Etats-Unis et, à Berkeley, persuada Ernest O. Lawrence, l’inventeur du cyclotron, de lui confier des matériaux du cyclotron devenus radioactifs. Au début de 1937, Lawrence lui envoya une feuille de molybdène qui avait fait partie du déflecteur de l’appareil. Avec son collègue minéralogiste Carlo Perrier, Emilio Segré parvint à isoler trois produits avec des périodes de décroissance de 90, 80, et 50 jours qui se transformèrent finalement en deux isotopes du technétium, 95Tc et 97Tc.

Les autorités de l’Université de Palerme voulurent nommer la découverte panormium en référence à Parnormus, le nom latin de Palerme. Les chercheurs préférèrent s’inspirer du mot grec τεχνητός signifiant artificiel, puisqu’il s’agissait alors du premier élément obtenu de manière artificielle. Emilio Segrè retourna à Berkeley et, avec Glenn T. Seaborg, isola l’isotope 99mTc, maintenant utilisé dans le diagnostic médical.

Depuis cette découverte, des recherches ont été entreprises afin de détecter la présence de technétium sur Terre à l’état naturel. En 1962, du technétium-99 a été isolé et identifié dans de la pechblende du Katanga en très faible quantité (environ 0,2 ng/kg). Il est produit par la désintégration spontanée de l’uranium-238. Il a également été démontré que le réacteur nucléaire naturel d’Oklo a produit une quantité significative de technétium-99, qui s’est ensuite désintégré en ruthénium-99 (cf. Uranium). La spectroscopie a montré que le technétium est produit dans les étoiles géantes rouges de classe S. Ces étoiles massives, en fin de vie, sont riches en éléments lourds ayant une faible durée de vie, apportant une preuve de la nucléosynthèse de ces éléments (cf. Noël).

Au total, 22 autres isotopes ont été caractérisés. Leur masse atomique varie de 88 à 113. La plupart d’entre eux ont une demi-vie inférieure à une heure. Les isotopes les plus stables sont les 98Tc, 97Tc et 99Tc ayant des demi-vies respectives de 4,2, 2,6 millions d’années et 211 000 ans. Le technétium a de nombreux états métastables : le 97mTc est le plus stable avec une demi-vie de 90,1 jours, suivi par le 95mTc (demi-vie : 61 jours) et le 99mTc (demi-vie : 6,01 heures), le seul à émettre des rayons γ, et formant l’isotope 99Tc.

Si le technétium-99 est très rare dans la nature, il est en revanche produit en quantité significative comme produit de fission du combustible nucléaire. La fission d’un gramme d’uranium 235 dans un réacteur nucléaire produit 27 mg de 99Tc. D’autres éléments fissiles permettent également d’en produire, notamment 233U et 239Pu (cf. Plutonium).
|Il faut aussi rappeler qu’en 1994, on estimait qu’environ 250 kg de 99Tc avaient été libérées dans l’environnement à la suite des essais nucléaires dans l’atmosphère.

La période radioactive de l’isotope 99mTc est brève, de l’ordre de six heures (et 20 secondes pour les puristes !). Il subsiste moins de 6,27 % du technétium-99m initial après 24 heures, le reste étant converti en 99Tc qui donne à son tour du ruthénium-99 par désintégration β :

La brièveté de cette décroissance radioactive et l’énergie modérée du rayonnement γ (140 keV) permet d’utiliser ce nucléide en médecine nucléaire comme marqueur radioactif permettant de tracer la diffusion d’une substance à travers l’organisme par scintigraphie ou tomographie d’émission monophotonique. Par ces techniques, le patient peut être examiné rapidement sans subir de trop fortes doses cumulées de radiations.
Il y a plus d’une trentaine de composés radiopharmaceutiques à base de technétium-99m employés en imagerie pour le cerveau, le myocarde, la thyroïde (ci-contre), les poumons, le foie, les reins le squelette, le sang et les tumeurs.

Le technétium-99m a une durée de vie trop courte pour pouvoir être stocké. Il doit donc être préparé à la demande à l’aide d’un générateur à technétium-99m, un dispositif (« la vache à technétium ») qui permet d’extraire le 99mTc formé par désintégration β du molybdène-99, produit par activation neutronique de molybdène-98 dans des réacteurs à haut flux de neutrons (HFR) :

L’isotope 99Mo est produit essentiellement par cinq réacteurs dans le monde : le National Research Universal Reactor (NRU) au Canada, le BR-2 du SCK-CEN en Belgique, le SAFARI-1 en Afrique du Sud, le HFR de Petten (Pays-Bas), et enfin le réacteur OSIRIS du CEA à Saclay (Essonne). Une relative tension est apparue sur le marché du molybdène-99 à l’automne 2008 à la suite à l’arrêt temporaire du réacteur canadien et des deux réacteurs du Benelux ; tous ont redémarré en 2010.

Le molybdène-99 est livré aux sites d’utilisation sous forme fixée sur une colonne échangeuse d’ions. Le technétium est récupéré par lavage de la colonne par une solution saline. La demi-vie du molybdène-99 étant de 2,7 jours, le kit de fabrication peut être ainsi utilisé pendant un peu moins d’une semaine, mais nécessite un acheminement rapide entre le lieu de production et le lieu d’utilisation, d’où la...

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« 99mTc : une course contre la montre depuis la nuit des temps !  »

Sources

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