Le gadolinium est l'élément chimique de numéro atomique 64, de symbole Gd. Il fait partie du groupe des lanthanides.

Le gadolinium doit son nom à la gadolinite, l'un des minéraux où on l'a découvert^[a].

Isotopes

Caractéristiques notables

Le gadolinium est un métal faisant partie des terres rares. Il est gris argent, malléable et ductile à la température ambiante.

Il cristallise sous forme hexagonale à température ambiante, mais possède une autre forme allotropique connue sous le nom de forme bêta, de structure cubique centrée au-dessus de 1 508 K.

Le gadolinium est assez stable dans l'air sec. En revanche, il s'oxyde rapidement dans l'air humide. Le gadolinium réagit lentement avec l'eau et est soluble dans les acides dilués.

L'oxyde de gadolinium a été isolé en 1880 par Jean Charles Galissard de Marignac et Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran prépara le métal pur en 1886. Il est nommé d'après le chimiste finlandais Johan Gadolin, qui avait également découvert et donné son nom au minéral dont il est extrait, la gadolinite^[8].

Le gadolinium est classiquement considéré comme l'un des quatre éléments ferromagnétiques^[b] mais son point de Curie T_C est très bas (292 K environ, soit 19 °C). La nature réelle de ce magnétisme ordonné en dessous de T_C est contestée^[9].

Le gadolinium a la plus grande capacité d'absorption des neutrons thermiques parmi tous les éléments naturels (49 kbarns^[1]).

Le gadolinium présente une certaine toxicité. En effet, il entre en compétition avec le calcium dans les processus calcium-dépendants du corps humain (respiration, battements du cœur, contraction des muscles, coagulation...) et peut mener à de graves dommages selon sa concentration. C'est pourquoi les composés du gadolinium qui sont utilisés en médecine comme agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont obligatoirement complexés. Ainsi, leur toxicité est annulée.

Le gadolinium se caractérise par une diversité minéralogique particulièrement faible : on ne connaît qu'un minéral dont il soit un constituant essentiel, la lepersonnite-(Gd). On le trouve plutôt en solution solide dans divers minéraux riches en terres rares. Il est aujourd'hui principalement extrait de la monazite (Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄ et de la bastnäsite (en) (Ce,La,Y)CO₃F.

Utilisation

• Alliages : On ajoute du gadolinium (jusqu'à concurrence de 1 %) à de l'acier au chrome pour améliorer la dureté et les propriétés de transformation.
• On utilise le grenat de gadolinium-gallium (GGG) de Gd₃Ga₅O₁₂ pour fabriquer des lasers, une fois dopé avec le néodyme, l'ytterbium ou le dysprosium. Des développements sont en cours pour mettre au point des lasers à rayons X avec le Nd:GGG, Le GGG est également utilisé comme substrat pour la fabrication de composants (ferrites) hyperfréquence en couche mince.
• Substance phosphorescente dans des tubes cathodiques.
• Alliages supraconducteurs.
• Agent de contraste dans l'imagerie par résonance magnétique (IRM) où il est associé avec un chélateur ou un ligand. Ce produit a tendance à s'accumuler dans le cerveau sans que l'on en connaisse parfaitement la toxicité^[10]. En outre, ce métal lourd est toxique (voire mortel) pour les insuffisants rénaux et peut provoquer une réaction inflammatoire^[11].
• Absorbant neutronique sous sa forme oxydée Gd₂O₃ dans certains réacteurs nucléaires afin d'en limiter la réactivité en début de vie grâce aux propriétés neutrophage des isotopes ¹⁵⁵Gd (61 kbarn^[1]) et surtout ¹⁵⁷Gd (254 kbarn^[1]) qui par capture se transforment respectivement en isotope ¹⁵⁶Gd et ¹⁵⁸Gd, pratiquement non absorbants (sections efficaces de l'ordre du barn). La cinétique d'usure du Gadolinium est très particulière (effet de peau) en effet sous irradiation son poids neutronique reste assez constant jusqu'à un point de rupture où son efficacité décroit très rapidement.
• Une équipe française teste un réfrigérateur qui fonctionne en magnétisant ce matériau^[12].