Le radon est un élément gazeux produit en continu dans la croûte terrestre par la désintégration radioactive du radium, lui-même issu des chaînes de l'uranium-238, de l'uranium-235 et du thorium-232. C'est le seul gaz rare radioactif dans les conditions normales. Trois isotopes naturels sont significatifs, correspondant à chacune de ces chaînes :
Le radon-222 formé dans les minéraux contenant du radium peut, selon la porosité et la teneur en eau du sol, diffuser vers la surface et être libéré dans l'atmosphère. Ce flux, appelé exhalation radon, varie considérablement selon la géologie (roches granitiques et schistes riches en uranium > roches sédimentaires), la saison, la pression atmosphérique et l'humidité. La mesure de ce flux est utilisée en géophysique pour :
Une fois dans l'atmosphère, le radon-222 (gaz inerte) est transporté par les vents. Comme il se désintègre avec une demi-vie connue, sa décroissance avec la distance à sa source continentale (les océans en produisent très peu) permet d'étudier les temps de mélange des masses d'air entre les continents et les océans. Dans les océans, le radon dissous (produit par le radium des sédiments) sert de traceur pour les processus de mélange vertical et les échanges air-mer.
Le nom "radon" est dérivé de celui du radium, son parent direct dans la chaîne de désintégration. L'isotope \(^{222}\mathrm{Rn}\) fut initialement appelé "radium emanation" ou simplement "emanation" (noté Em) par ses découvreurs, car il "émanait" du radium. Plus tard, lorsqu'on découvrit les isotopes issus du thorium et de l'actinium, on les nomma respectivement thoron (Tn) et actinon (An). Le nom générique "radon" (symbole Rn) pour l'élément 86 fut adopté officiellement en 1923.
Le radon-222 fut découvert en 1900 par le physicien allemand Friedrich Ernst Dorn. En étudiant les composés de radium nouvellement découverts par les Curie, il remarqua que le radium émettait un gaz radioactif. Il démontra que ce gaz, qu'il appela "radium emanation", était lui-même radioactif et se transformait en d'autres éléments solides. Cette découverte fut cruciale pour comprendre les séries de désintégration radioactive.
En 1908, le chimiste écossais Sir William Ramsay (déjà découvreur des gaz nobles argon, krypton, xénon et néon) et son assistant Robert Whytlaw-Gray réussirent à isoler le radon, à mesurer sa densité et à prouver qu'il s'agissait bien du plus lourd des gaz nobles connus. Ils parvinrent à condenser une quantité suffisante pour observer son spectre d'émission, confirmant son statut d'élément. Ramsay reçut le prix Nobel de chimie en 1904 pour ses travaux sur les gaz inertes, avant même la découverte du radon.
Dès les années 1920, on soupçonna le radon d'être responsable de la forte incidence de cancer du poumon chez les mineurs d'uranium (notamment dans les mines de Joachimsthal en Tchécoslovaquie et plus tard au Nouveau-Mexique). Cependant, ce n'est que dans les années 1980 que des études épidémiologiques (comme celle sur les mineurs américains) ont solidement établi le lien entre l'exposition au radon et le cancer du poumon. Dans les années 1990, la prise de conscience s'est étendue au risque domestique, transformant le radon d'une curiosité scientifique en un enjeu majeur de santé publique.
Le radon est présent partout, mais ses concentrations varient énormément.
Il n'y a pas de "production" de radon à proprement parler ; il est constamment généré par la désintégration naturelle et doit être géré là où il s'accumule.
Le radon (symbole Rn, numéro atomique 86) est un élément du groupe 18, celui des gaz nobles (ou gaz rares). Il est le membre le plus lourd et le seul radioactif naturel de ce groupe dans les conditions normales (l'oganesson, Z=118, est synthétique). Son atome possède 86 protons et, selon l'isotope, 131 à 150 neutrons. L'isotope \(^{222}\mathrm{Rn}\) a 136 neutrons. Sa configuration électronique est [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶, présentant une couche de valence p complète (6 électrons), ce qui en fait un gaz chimiquement inerte.
Le radon est un gaz noble incolore, inodore et insipide.
Sous forme solide, le radon a une couleur jaune-orangée due à sa radioactivité.
Le radon fond à 202 K (-71 °C) et bout à 211 K (-61,7 °C). Il peut être liquéfié relativement facilement par refroidissement.
Comme gaz noble, le radon est extrêmement inerte. Cependant, en raison de sa grande taille et de sa polarisabilité élevée, c'est le gaz noble le plus réactif. Des calculs théoriques prédisent qu'il pourrait former quelques composés instables, comme le fluorure de radon (RnF₂) et peut-être des oxydes ou des complexes de clathrate. En pratique, seuls des composés à l'état solide, très instables et radioactifs, ont été obtenus en quantités infimes (clathrates avec l'eau ou des hydrocarbures). Sa chimie n'a guère d'application pratique.
État (20°C, 1 atm) : Gaz incolore.
Densité (gaz, 0°C) : 9,73 g/L (8,1 x air).
Point de fusion : 202 K (-71 °C).
Point d'ébullition : 211 K (-61,7 °C).
Configuration électronique : [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶.
Radioactivité : Isotope principal \(^{222}\mathrm{Rn}\), α, T½=3,82 jours.
| Isotope / Notation | Protons (Z) | Neutrons (N) | Masse atomique (u) | Chaîne parente | Demi-vie / Mode de désintégration | Remarques / Importance |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Radon-222 — \(^{222}\mathrm{Rn}\) | 86 | 136 | 222,017578 u | Uranium-238 (4n+2) | 3,8235 jours (α) | Isotope le plus important. Demi-vie assez longue pour migrer du sol et s'accumuler dans les bâtiments. Principal responsable du risque sanitaire domestique. |
| Radon-220 — \(^{220}\mathrm{Rn}\) (Thoron) | 86 | 134 | 220,011394 u | Thorium-232 (4n) | 55,6 secondes (α) | Demi-vie très courte, limitant son accumulation à distance de la source. Danger principalement dans les industries traitant des matériaux riches en thorium (sables monazites, céramiques). |
| Radon-219 — \(^{219}\mathrm{Rn}\) (Actinon) | 86 | 133 | 219,009480 u | Uranium-235 (4n+3) | 3,96 secondes (α) | Négligeable pour la santé publique en raison de sa demi-vie ultra-courte et de la faible abondance de l'U-235 (0,72%). |
N.B. :
Couches électroniques : Comment les électrons sont organisés autour du noyau.
Le radon possède 86 électrons répartis sur six couches électroniques. Sa configuration électronique [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ présente une couche de valence (6p) complètement remplie (6 électrons), ce qui lui confère sa grande stabilité chimique et son caractère de gaz noble. Cela peut également s'écrire : K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(8), ou de manière complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶.
Couche K (n=1) : 2 électrons (1s²).
Couche L (n=2) : 8 électrons (2s² 2p⁶).
Couche M (n=3) : 18 électrons (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Couche N (n=4) : 32 électrons (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
Couche O (n=5) : 18 électrons (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
Couche P (n=6) : 8 électrons (6s² 6p⁶).
Le radon possède 8 électrons de valence dans sa couche externe (6s² 6p⁶), atteignant la configuration stable de l'octet. Cette structure électronique saturée le rend extrêmement réticent à former des liaisons chimiques covalentes classiques. Son premier potentiel d'ionisation est relativement bas pour un gaz noble (10,75 eV), mais reste trop élevé pour une chimie facile. Toute tentative de formation de composés (comme RnF₂) nécessite des oxydants très puissants comme le fluor, et les composés résultants sont thermodynamiquement instables et se décomposent rapidement.
Cette inertie est cruciale pour son comportement environnemental : une fois formé dans le sol, le radon ne réagit pas avec les minéraux ou l'eau ; il diffuse librement sous forme de gaz atomique. Dans les poumons, il n'interagit pas chimiquement avec les tissus ; son danger est purement radiologique.
Le radon gazeux lui-même, une fois inhalé, est largement exhalé. Le danger provient de ses produits de désintégration (ou "descendants") solides et radioactifs :
Ces particules (souvent chargées) se fixent sur les aérosols de l'air ambiant ou sur les poussières. Lorsqu'elles sont inhalées, elles peuvent se déposer dans les voies respiratoires, en particulier dans les bronches. Leur désintégration alpha et bêta à l'intérieur même du tissu pulmonaire irradie directement les cellules épithéliales, provoquant des dommages à l'ADN pouvant mener à un cancer.
Le Centre international de Recherche sur le Cancer (CIRC) classe le radon comme cancérogène certain pour l'homme. Il est la seconde cause de cancer du poumon après le tabac, et la première cause chez les non-fumeurs. On estime qu'environ 3 à 14% des cancers du poumon dans le monde sont attribuables au radon, correspondant à des dizaines de milliers de décès annuels. Le risque est multiplicatif avec le tabagisme : un fumeur exposé au radon a un risque de cancer du poumon bien plus élevé que la somme des risques individuels.
Les autorités sanitaires fixent des niveaux au-dessus desquels des actions correctives sont recommandées :
Les concentrations moyennes à l'extérieur sont typiquement de 5 à 15 Bq/m³. À l'intérieur, elles peuvent varier de moins de 10 à plus de 10 000 Bq/m³ dans les zones les plus affectées.
L'objectif est de réduire la concentration en radon. Les techniques, classées par ordre d'efficacité et de coût, sont :
De nombreux pays ont établi des cartes du potentiel radon basées sur la géologie et des mesures. En France, l'IRSN a publié une carte communale classant les communes en 3 catégories de potentiel. Ces cartes servent à prioriser les actions d'information et les obligations de surveillance (écoles, lieux de travail dans les zones à potentiel élevé).
L'enjeu du radon est un problème de santé environnementale parfaitement identifiable et gérable. Les défis actuels sont :
Le radon, gaz invisible et naturel, illustre parfaitement comment un phénomène géologique peut avoir un impact sanitaire direct sur la population, et comment la science et la réglementation peuvent se conjuguer pour atténuer ce risque.
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