Le polonium 210, noté Po, est l'isotope du polonium dont le nombre de masse est égal à 210. C'est le plus abondant des trente-trois isotopes du polonium. Sa demi-vie est de . Il a été découvert en 1898 par Marie Curie. Ce radionucléide naturel n'est présent dans l'air et l'eau qu'à l'état de traces, mais il est omniprésent dans l’environnement terrestre où il peut être concentré par certains réseaux trophiques. Il est généralement conjointement trouvé avec ses deux précurseurs directs (, ).
C'est un élément très dangereux par son extrême radiotoxicité. Il est en effet très volatil, et rapidement assimilé par les organismes vivants en raison de sa chimie proche de celles du tellure et du bismuth. Il est cancérigène Yuile C.L, Berke H.L et Hull T (1967), Lung cancer following polonium-210 inhalati0,00on in rats, Radiation Research, 31(4), .Little J.B, McGandy R.B et Kennedy A.R (1978), Interactions between polonium-210 α-radiation, benzo (a) pyrene, and 0.9% NaCl solution instillations in the induction of experimental lung cancer, Cancer Research, 38(7), 1929-1935.. C'est lui qui explique en partie au moins le cancer du poumon du fumeur et celui du mineur exposé à des résidus d'uraniumWagoner J.K., Archer V.E., Lundin F.E., Holaday D.A. et Lloyd J.W., Radiation as the cause of lung cancer among uranium miners, New England Journal of Medicine, 1965, 273(4), 181-188.Novak L.J. et Panov D., Polonium-210 in blood and urine of uranium mine workers in Yugoslavia, Am. Ind. Hyg. Assoc. J., mars 1972, 33(3):192-6. Il peut être retrouvé dans certaines eaux de boissonGerasimo P. et Laroche P., Surveillance radiologique des eaux de boissons, Revue française des Laboratoires, 2004 (364), 55-62..
Propriétés physiques C'est un radioélément très volatil : un échantillon pur perd 50 % de sa masse en en n'étant chauffé qu'à (son point de fusion est de ), peut-être par désagrégation à l'échelle atomique induite par sa très forte , laquelle a d'ailleurs pour effet de le maintenir à température élevée.
Son noyau atomique compte et avec un spin 0+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de .
Production artificielle Il peut être obtenu par transmutation, en bombardant du avec des neutrons, ce qui génère du , lequel se transforme en selon une demi-vie de .
Cycle naturel Il est présent à l'état de traces dans tous les compartiments du milieu naturel (eau, air, sols, écosystèmes), où il provient de la désintégration du radon 222.
Avec le Pb, il est géographiquement assez largement répandu dans l'environnent terrestre en tant qu'élément de la chaine de désintégration de U (très présent dans le manteau et en profondeur dans la croûte terrestre)Persson B.R et Holm E (2011), Polonium-210 and lead-210 in the terrestrial environment: a historical review, Journal of Environmental Radioactivity, 102(5), 420-429..
Dans l'air (basse troposphère), il peut provenir de la désintégration du Rn diffusant depuis des murs de granit, le sol ou le sous-sol (d'où il remonte via les galeries de mines, les failles, etc.). Sa gamme des concentrations d'activité dans l'air au niveau du sol varie de (à comparer à pour le plomb 210 (Pb). Dans l'eau de puits, sa concentration d'activité est d'environ (à comparer à environ pour le Pb). Cependant l'eau potable distribuée par les réseaux de distribution est d'environ (de même pour le Pb). Dans les sols, provenant à la fois de la décroissance radioactive du radon 222 présent dans le sol et des retombées sèches du Po en suspension dans l’air, il s'adsorbe sur l'argile mais aussi sur des colloïdes organiques dans les premiers cm du sol ; sa concentration d'activité varie dans le sol selon la nature du substrat et le sous-sol (naturellement plus ou moins riche en uranium, faillé ou non, etc.). Toutes choses égales par ailleurs, la teneur du sol en est aussi corrélée avec la quantité de précipitations atmosphériques, les eaux météoriques le rabattant vers le sol s'il n'a pas été capté au passage par des végétaux. Les niveaux moyens de radioactivité du Po dans les sols varient de ( sur sol selon l'IRSNIRSN Les effets sur l'Homme Impact du sur l'homme (consulté le 3 février 2017)). Des pics de concentration sont relevés dans les sols formés sur des stériles ou autres résidus d’exploitation de mines d’uranium ( et jusqu'à ).
Origines Son précurseur étant un gaz radioactif (le ), le est formé en grande partie en suspension dans l'air (concentration atmosphérique moyenne : dans l’air de l’ordre de . Une seconde source d'émissions — elle est importante — est le volcanisme.
Cinétique environnementale Les modèles de biocinétique sont encore en constructionLeggett RW et Eckerman KF, A systemic biokinetic model for polonium, Sci. Total Environ., juillet 2001, 25;275(1-3):109-25., mais on sait que les plantes se contaminent par des radionucléides radioactifs à la fois par absorption racinaire via l'eau du sol et via les éléments solubilisés par les acides organiques produits par leurs racines, ainsi que via leur réseau mycorhizien. Elles se contaminent aussi via leurs parties aériennes (feuilles principalement) à partir des dépôts (secs et/ou humides) de retombées radioactives.
Dans les feuilles fraîches de végétaux terrestres, le niveau de Po est particulièrement élevé (par rapport au reste de la plante) en raison de ces dépôts directs des produits de décomposition radioactive du radon (Rn). Cette contamination est plus importante dans les contextes granitiques et uranifères (en présence de déchets industriels et miniers riches en uranium). Le tabac est connu pour en absorber des quantités particulièrement élevées (radioactivité équivalant en moyenne à ), et, pour des raisons mal comprises, ce taux semble presque constant dans le temps et pour les origines géographiques (un phénomène assez similaire est constaté pour le Pb, souvent associé au Po).
Les végétaux de la strate muscinale (bryophytes (mousses) et lichens croissant en contact direct avec le sol ou sur les roches, ainsi que dans les tourbières) peuvent efficacement capter à la fois le Po et le Pb à partir des retombées atmosphériques d'une part et à partir d’émanations du sol ou du sol et des eaux de ruissellement ou de la nappe superficielle d'autre part. Les tapis de mousses qui couvrent le sol en contiennent à hauteur de . Les lichens en contiennent environ . L’activité radioactive moyenne des lichens (en poids sec) se situe aux environs de selon Persson en 2011.
Les lichens et mousses épiphytes sont eux principalement exposés aux dépôts aériens.
Dans la toundra et la taïga, le renne et le caribou sont deux espèces qui, pour se nourrir, broutent de grandes quantités de lichen et un peu de bryophytes. Il s'ensuit dans leur chair une concentration d'activité de Po et de Pb équivalent à .
Parce que ces animaux produisent du lait, divers sous-produits et de la viande consommée par l’homme (en zone périarctique principalement, mais le renne a été introduit dans certaines parties de l'hémisphère sud ; il en existe une population importante dans les îles Kerguelen). La chaine alimentaire lichen → renne ou caribou → être humain a fait l’objet d’études et a même été considérée comme un modèle pour étudier l'absorption et la rétention de Po (et du Pb) et les risques associés chez l'homme.
Dans les milieux subaquatiques (eau douce et environnement marin), les animaux (filtreurs tout particulièrement) bioconcentrent le Po et de Pb, ce qui explique que les fruits de mer en contiennent des doses plus élevées (et donc une radioactivité plus significative) que les algues ou aliments végétariens terrestres. Les consommateurs réguliers de fruits de mer sont exposés à une dose radioactive efficace qui que s’ils ne consommaient que des produits végétaux. Une étude a montré qu'en zone arctique les oiseaux marins absorbent préférentiellement le polonium 210 par rapport à son ancêtre le plomb 210.
Chez l'Homme L'exposition humaine a d'autres sources que l'alimentation (inhalation d'air contaminé par du polonium ou du radon, tabagisme et inhalation de fumée ou cendres de bois notamment), mais certaines sources alimentaires sont plus concernées ; beaucoup d'aliments végétaux contiennent de faibles doses de Po et Pb, mais qui peuvent être concentrés via la chaine alimentaire chez les herbivores puis les carnivores ou nécrophages : selon les données disponibles au début des années 2010, outre les fruits de mer (voir plus haut), un consommateur régulier de viandes de renne ou de caribou (venaison issue de gibier chassé ou viande provenant d'élevage extensif, c'est-à-dire d'animaux ayant vécu dans leur milieu naturel et nourris avec des aliments industriels) sont exposés à une dose annuelle efficace de radioactivité due au Po et au Pb d’environ pour la consommation de renne et de pour la consommation de caribou.
Il en résulte des apports nutritionnels journaliers moyens médians (calculés pour la population mondiale adulte) qui seraient environ de et respectivement. Ceci correspond à des doses efficaces annuelles de pour le Po et pour le Pb qui lui est souvent associé ; alors que les apports alimentaires strictement végétariens ne sont que d’environ pour le Po et pour le Pb (soit des doses annuelles efficaces de et , respectivement).
Radioactivité Un gramme de présente une radioactivité élevée : (soit par gramme de Po).
Il donne du par avec une énergie de désintégration de , une puissance spécifique. de , et une période radioactive de . qui se déposent immédiatement et très localement dans la matière (après quelques microns de trajet) et à 0,001 % de rayonnements gamma d’énergie à .
vignette|Schéma de désintégration du Po.
.
C'est donc un émetteur de particulièrement puissant : un milligramme de émet autant de que de .
Le se désintègre en n'émettant que des de , sauf statistiquement, dans un cas sur cent mille environ, où il libère une de suivie d'un photon de résultant de la désexcitation du noyau Pb produit transitoirement dans un état métastable. La faible énergie de ce , ainsi que sa très faible quantité, rend la détection du par plutôt délicate ; la reste le plus sûr moyen pour caractériser le Po. Toutefois la présence de ce rayonnement peut être précieuse s'il est impossible de tester directement au contact (par exemple, présence de polonium uniquement à l'intérieur d'un autre matériau qu'on ne souhaite pas détruire).
Utilisation comme source radioactive Les sont rapidement absorbées par la matière environnant la source qui les émet, leur énergie étant convertie en chaleur, ce qui a fait utiliser le par le passé comme source d'énergie dans les générateurs de chaleur et les générateurs électriques à radioisotopes de sondes spatiales et de robots d'exploration planétaires tels que les Lunokhod soviétiques, où il a servi pour maintenir les instruments à température suffisante pendant la nuit lunaire. Néanmoins, la relative brièveté de sa décroissance le rend surtout adapté aux applications nécessitant de libérer beaucoup d'énergie en peu de temps, de sorte qu'un radioisotope à plus longue période radioactive comme le plutonium 238 (près de ) répond bien mieux aux besoins d'une mission spatiale à destination de planètes lointaines.
Outre le domaine spatial, le est également utilisé dans les applications antistatiques, telles que certaines brosses industrielles pour matériels sensibles à l'électricité statique (le ionise l'air, ce qui supprime l'électricité statique).
Associé au béryllium, il peut également être utilisé comme source de neutrons (les lui sont cependant généralement préférées car nettement moins dangereuses).
Radiotoxicité Les seuils de radiotoxicité du sont de quand il est ingéré, et quand il est inhalé. Il est près d'un million de fois plus toxique que le cyanure de sodium ou de potassium.
Doses létales