C’est officiel, l’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) vient de reconnaître quatre nouveaux atomes, complétant ainsi la septième et dernière ligne du tableau de Mendeleïev. Référentiel universel, ce dernier classe tous les éléments chimiques connus, ordonnés par numéro atomique croissant, c’est-à-dire selon la taille de leur noyau. Cette synthèse, imaginée par le chimiste Dmitri Mendeleïev en 1869, permet d’embrasser d’un coup d’œil les propriétés d’un élément, naturel ou non, rien qu’en examinant la place qu’il occupe dans la table.

Des atomes artificiels superlourds et fugaces

Mais jusqu’à présent, quatre atomes manquaient à l’appel. Ce sont des équipes des laboratoires Flerov de Doubna (Russie) et Lawrence Livermore associé à Oak Ridge (États-Unis), rejointe par des japonais (laboratoire Riken), qui se sont attelées à la tâche. Car ces nouveaux éléments appartenant à la catégorie des atomes superlourds n’existent pas dans la nature. Ils ont donc été produits en laboratoire.
Pour y parvenir, les chercheurs doivent recourir à des accélérateurs de particules capables de propulser des noyaux atomiques à très haute vitesse afin de créer des collisions et générer de nouvelles espèces atomiques. Les noyaux artificiels ainsi produits ont une vie fugace, de l’ordre de la milliseconde, et sont particulièrement instables. « On ne peut donc en produire que très peu », explique Thierry Brassac, responsable du service culture scientifique de l'Université de Montpellier et auteur du web-documentaire "Atome hôtel".
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Dubnium , un nouvel atome n'existant même pas sur Terre. Pourtant, on le fabrique au GANIL , le Grand accélérateur national d'ions lourds, à Caen. Son existence est éphémère, mais il a sa place dans le tableau de Mendeleïev.
Les nouveaux venus possèdent chacun 113, 115, 117 et 118 protons (et plus de 170 neutrons), ralliant ainsi la famille des transuraniens. Celle-ci regroupe les éléments plus lourds que l’uranium, l’atome le plus corpulent connu sur Terre et contenant plus de 92 protons.

Fruit d’une coopération internationale

« Cette chimie de l’extrême nécessite des appareils très sophistiqués. Et elle ne peut se réaliser que grâce à des coopérations scientifiques, souligne Thierry Brassac. Les laboratoires américains fournissant par exemple l’américium nécessaire aux laboratoires russes pour leurs expériences ».
Le plus léger des quatre, le 113, observé de façon fugace pour la première fois en 2004, a d’ailleurs été obtenu par le bombardement de calcium sur une cible d’américium. Mais au bout du compte, la découverte a été attribuée à l’équipe japonaise du Riken qui a réussi à créer trois atomes de l’élément 113 (278 Uut), dont le noyau contient donc 113 protons et 165 neutrons. Cette fois-ci, il a pu être produit après 553 jours de bombardement d’atomes de zinc sur une cible de bismuth.
En 2012 et 2013, c’est au tour des 115 et 117 d’être confirmés par les laboratoires américains et russes. Le plus corpulent, le 118, découvert en 2006, est aussi le résultat d’une collaboration russo-américaine.

Les noms : le privilège des découvreurs

Entre la découverte et son officialisation, le chemin est long. La validation par l’IUPAC (Union internationale de chimie pure et appliquée) et leur intégration dans le tableau de Mendeleïev a pris plus de 10 ans.
Reste à  leur attribuer un nom. Actuellement, ils sont provisoirement baptisés sous les noms d’ununtrium (113), ununpentium (115), ununseptium (116) et ununoctium (117). Tout en respectant certaines règles, le laboratoire découvreur a le privilège de proposer un nom. Le plus souvent, il fait référence au pays d’origine comme le polonium (33), le francium (87) ou l’américium (95), ou à de grands scientifiques tels que l’einsteinium (99), le curium (96), mais aussi à un minéral, un concept mythologique… « Le tableau est un véritable témoignage de l’histoire humaine et des sciences », s'enthousiasme Thierry Brassac. Le 113, premier atome découvert en Asie, pourrait ainsi porter un nom reflétant son origine, en l’occurrence le Japon.
Si la dernière ligne du tableau créé par Mendeleïev est achevée, son histoire, elle, se poursuit. Les chercheurs tentent de franchir de nouvelles étapes. Partant de l’hypothèse d’une masse des noyaux illimitée – ils pourraient renfermer encore plus de protons et de neutrons – les scientifiques tentent d’explorer les limites de cette croissance. C’est pourquoi ils imaginent depuis les années 1960 pouvoir ouvrir une huitième période au tableau avec des noyaux superlourds moins instables, possédant des durées de vie plus longues que les transuraniens déjà connus. 

Pour en savoir plus : un webdoc. Le célèbre chimiste Dmitri Mendeleïev lui-même nous invite à explorer un drôle d'hôtel de 114 chambres dans lesquelles séquences vidéos dans les laboratoires de France et d’Europe, petits objets multimédias, jeux et bonus proposent une approche décalée du monde des atomes. Ainsi, le tableau périodique des éléments de Dmitri Mendeleïev n'aura plus de secrets pour nous !