Le radon est l'élément chimique de numéro atomique 86, de symbole Rn. C'est un gaz noble (ou gaz rare) radioactif, incolore, inodore et d'origine le plus souvent naturelle. C'est l'une des substances les plus denses sous forme de gaz dans les conditions normales de température et de pression.
Le radon n'existe pas sous forme de corps stable et tous ses isotopes connus sont radioactifs. Son isotope le plus stable est le Rn, qui a une demi-vie de et qui a été utilisé en radiothérapie jusque dans les .. Son intense radioactivité a entravé son étude chimique approfondie, et seuls quelques-uns de ses composés sont bien connus.
L'importance sanitaire du radon tient à sa radioactivité élevée et au fait qu'il est présent partout dans l'atmosphère, il est donc inhalé. Il est souvent le plus gros contributeur à la dose d'un individu pour la radioactivité naturelle, avec cependant de fortes disparités géographiques. Il est ainsi la principale source d'exposition naturelle des populations humaines, animales et de la partie aérienne des plantes aux rayonnements ionisants. En France, il est susceptible d'être inhalé à doses élevées dans les lieux peu aérés (logements) des territoires où il est particulièrement présent : Jura, Bretagne, Normandie, Pays de la Loire, Massif central, Vosges, Corse, Alpes, Guyane, Mayotte, Saint-Pierre-et-Miquelon, Nouvelle-Calédonie.
Histoire left|vignette|Appareil utilisé par Ramsay et Whytlaw-Gray pour isoler le radon. M est un tube capillaire, dans lequel fut isolé près de de gaz.
En 1908, William Ramsay et Robert Whytlaw-Gray isolent ce qu'ils appellent le « niton » (nitens en Latin, traduit par brillant, a le symbole Nt) et déterminent sa densité. Le radon a son nom depuis 1923.
Dès 1899, Pierre et Marie Curie observent que le « gaz » émis par le radium reste radioactif pendant près d'un mois.. Au cours de cette même année, et Ernest Rutherford relèvent des résultats variables quand ils tentent de mesurer les radiations d'oxydes de thorium: « les radiations de l'oxode de thorium n'étaient pas constantes, mais variaient de manière très capricieuse », alors que « tous les composés d'uranium donnent une radiation qui est remarquablement constante »..
Rutherford note que les composés de thorium émettent continuellement un gaz radioactif, qui conserve sa radioactivité plusieurs minutes ; il nomme ce gaz « emanation » (du latin emanare, émaner, et emanatio, expiration)., et plus tard, émanation de thorium (ThEm).
Le radon a été découvert en 1900 par Friedrich Ernst Dorn qui l'a appelé « émanation de radium ». Ce fut le quatrième élément radioactif découvert, après l'uranium, le polonium et le radium.
En 1900, Dorn rend compte d'expériences montrant que des composés de radium émane un gaz radioactif, qu'il baptise « émanation de radium » (RaEm)..
En 1901, Rutherford démontre que les émanations de thorium sont radioactives, mais crédite les Curie de la découverte de cet élément..
En 1903, des émanations similaires provenant de l'actinium sont observées par André-Louis Debierne .., et il les baptise « émanation d'actinium » (AcEm).
Des noms furent proposés pour ces trois gaz en 1904 : exradio, exthorio, et exactinio. ; puis radon, thoron, et akton ou acton en 1918. ; suivis de radéon, thoréon, et actinéon en 1919, et finalement radon, thoron, et actinon en 1920..
Constatant la similitude du spectre de ces trois gaz avec celui de l'argon, du krypton et du xénon, ainsi que leur inertie chimique, Sir William Ramsay suggéra en 1904 que ces émanations pouvaient correspondre à un nouvel élément de la famille des gaz rares. Rutherford et Soddy avaient émis une supposition similaire dès 1901 sur la base du manque de réactivité chimique de l'émanation du thorium..
En 1910, Sir William Ramsay et Robert Whytlaw-Gray parviennent à isoler le radon. Ils déterminent sa densité, et montrent qu'il s'agit du gaz le plus dense connu à l'époque. Ils notent que « l'expression l'émanation du radium est fort incommode », et proposent comme nouveau nom niton (du latin nitens, nitentis, brillant) pour rappeler la propriété qu'a ce gaz de rendre phosphorescentes certaines substances.. En 1912, cette proposition fut acceptée par la commission internationale des poids atomiques.
En 1923, le comité international des éléments chimiques et l'Union internationale de chimie pure et appliquée choisirent pour ces trois gaz les noms de radon (Rn), thoron (Tn) et actinon (An). Mais par la suite, quand les isotopes furent simplement numérotés et non nommés, l'élément reçut le nom de l'isotope le plus stable, c'est-à-dire le radon. L'isotope Tn devint Rn, et l'isotope An devint Rn. Mais jusque dans les années 1960, cet élément était simplement appelé émanation..
Caractéristiques physiques et chimiques Propriétés nucléaires
On connaît 35 isotopes du radon, dont seulement 4 sont présents dans la nature, à l'état de traces. Tous se désintègrent suivant le mode alpha. Seul le a une demi-vie suffisante pour représenter un problème de radioprotection dans des cas extrêmes. L'isotope le plus fréquent (et à plus longue demi-vie) est le qui est le produit (isotope-fils) de la désintégration du , dans la chaîne de désintégration de l'. Il a une demi-vie de . Le radon 220 est le principal produit de désintégration du , dans la chaîne de désintégration du . Il fut pour cette raison appelé « thoron ». Il a une demi-vie de . Le radon 219 est dérivé de l'actinium, il fut appelé « actinon ». Il provient de la série de l'. Il a une demi-vie de . Le radon 218 est un produit très minoritaire (0,10 %) de la désintégration de l' (désintégration β), lui-même produit de désintégration très minoritaire (0,02 %) du . Il appartient donc à la chaîne de désintégration de l', mais ne représente que de la radioactivité du . Il a une demi-vie de .
Ayant une faible demi-vie (relativement aux autres radionucléides présents en certaine quantité dans la nature), le est un gaz extrêmement radioactif. Son activité massique est de .
Propriétés physiques Gaz chimiquement inerte, le radon est le plus « lourd » (le plus dense) des gaz nobles (en ne prenant pas en compte l'oganesson). Dans les conditions normales de température et de pression, le radon est un gaz monoatomique d'une masse volumique de ..
C'est l'un des gaz les plus « lourds » (denses) à température ambiante, pratiquement 8 fois la densité de l'air.
À température et pression standard, le radon est incolore, mais lorsque la température est abaissée en dessous de son point de congélation (202 K ; ), il devient phosphorescent puis jaune si la température baisse encore et finalement rouge-orangé aux températures de l'air liquide (< ).. Quand il est dans un état condensé, le radon paraît également lumineux, à cause de l'intensité des radiations qu'il dégage. Il est dit « autofluorescent ».
Propriétés chimiques
Le radon est un gaz rare, qui entre difficilement en composition chimique. Des expériences indiquent néanmoins que le fluor peut réagir avec le radon pour former du fluorure de radon. L'existence de clathrates du radon a aussi été rapportée.
Radon dans l'environnement vignette|400px|Illustration de la variété des teneurs en radon trouvée dans différentes mines et types de mines (mines de charbon, de cadmium ou bore) dans un même pays (ici la Turquie). De plus dans une même mine, la concentration peut fortement varier selon la profondeur, le point de mesures et l’aération.
Niveaux mesurés Les taux de radon observés dans la nature sont si faibles qu'on ne le détecte pas par des analyses chimiques classiques, mais par sa radioactivité.
Une activité de d'air (concentration largement supérieure à ce qui est habituellement observé) traduirait une présence de de radon par alors qu'une concentration relative de l'ordre du millionième est déjà très difficile à détecter. Hors contexte de guerre atomique ou accidentel (Tchernobyl, Fukushima), toute la radioactivité de l'atmosphère terrestre n'est due qu'à quelques dizaines de grammes de radonLire en ligne, sur Laradioactivite.com.. Un air chargé en radon ne change donc pas de composition observable ni de propriétés physico-chimiques (le changement porte sur des « traces de traces de traces »), cependant la présence du radon est détectable à l'aide d'outils appropriés.
Cette faible teneur de l'air en radon est due à sa rapide décomposition radioactive, mais il est en permanence remplacé par un flux de radon libéré par les roches, les mines (d'uranium et de charbon notamment) ou les eaux naturelles qui les traversent.
Formation du flux de radon naturel Le radon est spontanément présent dans toutes les régions, quelle que soit la nature du sol, mais avec des taux bien plus élevés dans les régions uranifères, notamment granitiques et volcaniques, et des taux non négligeables dans les terrains calcaires. Sa teneur au sol dépend de la circulation des eaux souterraines et peut être exacerbée par les activités minières.
Il est issu de la désintégration du radium dans la chaîne de désintégration radioactive de l'uranium et du thorium naturellement contenus dans les roches ou le sol (ou déplacés par l'Homme lors de certaines activités industrielles ou minières).
Ces deux métaux sont présents dans la croûte terrestre depuis sa formation, et leurs isotopes les plus communs ont une très longue demi-vie (~704 Ma pour U ; ~4,47 Ga pour U ; ~14,1 Ga pour Th).
L'uranium et le thorium continueront donc à naturellement produire un flux naturel de radon, durant des milliards d'années, à des concentrations voisines de celles que nous connaissons.
Au moment de sa formation par désintégration, chaque atome de radon est expulsé de sa matrice (grain du matériau), avec une énergie cinétique (ou « énergie de recul ») qui lui permet, dans un minéral de densité moyenne de parcourir de . S'il est proche de la surface d'une roche ou dans un grain fin, il peut se déplacer par diffusion et passer dans l'air ou dans l'eau, mais ce processus étant lent, et le radon ayant une assez courte demi-vie, seul le radon formé en surface des phases solides atteindra l'air ou l'eau avant de se désintégrer. L'eau, (acide notamment, et plus encore sous haute température et haute pression) peut aussi solubiliser la roche et se charger de radon. Dans les sols les plus communs, selon l'INERIS, 10 à 50 % du radon s'échappe du grain où il est produit et passe dans les pores et éventuellement l'air ou l'eau interstitielle. Le coefficient d'Oswald (dit coefficient de Bunsen quand il concerne l'eau), est le rapport de l'activité volumique du radon dans l'eau à son activité volumique dans l’air ; ce coefficient est une fonction décroissante de la température de l’eau : ( exprimé en °C). Par exemple, = 0,245 à .
Le flux naturel de radon est normalement piégé dans la roche qui lui donne naissance, et sa demi-vie très courte (de l'ordre de quatre jours) interdit une accumulation au sens propre du terme. Cependant, son caractère gazeux le rend potentiellement mobile. Les activités humaines (mines et combustion du charbon, certaines sécheresses induites par l'homme) peuvent augmenter la libération de radon, et les constructions humaines peuvent l'aspirer et lui permettre de stagner localement, conduisant à des concentrations importantes. Une bonne ventilation est alors nécessaire. Le radon se trouve ainsi en concentration importante dans les mines souterraines et parfois dans les caves (dans certaines zones minières ou granitiques). Il peut aussi être trouvé dans certaines eaux de source et sources chaudes..