L’europium, élément atomique n°63 de symbole Eu : ses propriétés, ses isotopes, usages et historiques.

Isotopes

L’europium a 38 isotopes connus, avec des nombres de masse allant de 130 à 167 et 17 isomères nucléaires.  Toutefois, l’europium naturel est composé de seulement deux isotopes stables : ¹⁵¹Eu et ¹⁵³Eu. L’isotope ¹⁵³Eu est le plus répandu, avec une abondance relative de 52,2 %.

Les autres isotopes sont instables et ont des demi-vies courtes, allant de quelques millisecondes à quelques années. Ils subissent une désintégration radioactive en émettant des particules ou des rayonnements gamma.

Usage de l’europium

Nucléaire

L’europium peut être utilisé dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, à l’instar des autres éléments de la famille des lanthanides, en raison de sa capacité à absorber les neutrons. On le retrouve généralement dans les barres de contrôle des réacteurs nucléaires des sous-marins russes. La capacité à interagir d’un élément avec les particules subatomiques, comme les neutrons ou les protons, est mesurée par la section efficace. Celle de l’europium est de 2 980 barns. Les isotopes ¹⁵¹Eu et ¹⁵³Eu sont considérés comme efficaces pour capturer les neutrons.

Lorsqu’un noyau d’europium subit une fission nucléaire, il produit une grande variété d’isotopes radioactifs. La plupart sont instables et se désintègrent en émettant des particules et de l’énergie. Ces isotopes radioactifs ont des durées de vie variables, allant de quelques fractions de seconde à plusieurs années. Les isotopes ¹⁵¹Eu et ¹⁵³Eu sont les produits les plus stables de la fission nucléaire de l’europium. L’europium 151 est obtenu à partir de la décroissance bêta du samarium 151. Le samarium-151 est un élément connu comme étant un poison neutronique. Il absorbe les neutrons nécessaires pour maintenir une réaction en chaîne dans un réacteur nucléaire. En ce qui concerne l’europium 153, il est formé par décroissance bêta du samarium 153. D’autres isotopes stables incluent l’europium 156, dont la période radioactive est de 15 jours, et l’europium 155, qui a une période radioactive de 4,76 ans.

Les rendements et sections efficaces de capture neutronique de différents isotopes de l’europium sont représentés dans le tableau suivant :

Historique de l’europium

L’europium a été trouvé en 1890 par Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Il a obtenu une substance contenant du samarium et du gadolinium avec des caractéristiques spectrales qui ne correspondaient à aucun des deux éléments. La découverte officielle est pourtant attribuée à Eugène Anatole Demarçay. En 1896, il a présumé la présence d’un élément inconnu dans des échantillons de samarium. Il a ensuite réussi à isoler l’europium en 1901. Récemment, les clathrates d’europium ont été étudiés pour leur propriétés thermoélectriques. Les clathrates sont des structures cristallines qui fonctionnent comme des cages moléculaires dans lesquelles des gaz peuvent être piégés.

Toxicité

Les phénomènes de complexation (liaison des molécules à des ions porteurs) et de bioaccumulation (accumulation dans l’organisme) de l’europium au niveau cellulaire et moléculaire ont été peu étudiés. Il a été toutefois prouvé que l’europium à l’état trivalent, peut interagir avec les phytochélatines, des protéines connues pour protéger les cellules des effets néfastes des métaux lourds toxiques. Ces protéines sont aussi suspectées d’être responsable de l’absorption et le stockage des éléments radioactifs dans les organismes vivants. Les sous-unités constitutives de ces protéines, telles que la glycine, l’acide glutamique et la cystéine, ainsi que des polypeptides comme le glutathion, ont également été étudiés pour leur capacité à subir des réactions chimiques avec d’autres éléments.

Ces sous-entités se lient fortement aux isotopes radioactifs (log ß1,1 de l’ordre de 2 ou de 5, à pH 3 ou 6) pour former des espèces mononucléaires. La liaison se fait grâce à des groupes oxygénés présents dans la sous-entité. Cependant, d’autres phytochélatines (PC2 à PC4) se lient plus efficacement à l’europium que les sous-entités. En présence de ces molécules, l’europium est absorbé rapidement par les cellules humaines, même dans une solution synthétique (pH neutre et force ionique de 0.1mol/L) imitant la biologie humaine.

Localisation

Les gisements d’europium se trouvent généralement en association avec d’autres terres rares. Les minéraux de terres rares se trouvent en grande partie dans certaines régions spécifiques, telles que la Chine, la Russie, l’Australie, les États-Unis, le Brésil, le Canada, le Groenland et l’Inde. Des gisements importants de terres rares ont été découverts dans les eaux territoriales du Japon en 2018. Ils s’étendent sur environ 2 500 km² et sont situés à plus de 5 000 mètres de profondeur. La réserve d’oxydes de terres rares de ces gisements est estimée à plus 16 millions de tonnes, permettant d’approvisionner le monde en :

• europium pour les 620 années à venir ;
• yttrium pour 780 ans ;
• dysporium pour 730 ans ;
• terbium pour 420 ans.

Depuis 2019, les mines d’europium et de dysporium en Roumanie, fermées depuis 1980, sont en cours de réouverture.