L’élément naturel le plus instable est le francium, l’élément numéro 87. Même son isotope le plus durable, le francium 223, perd la moitié de ses atomes en 22 minutes. Mais si l’on cherche le noyau le plus éphémère de tous, il faut quitter le tableau des éléments naturels : l’hydrogène 5, fabriqué en laboratoire, a une demi-vie d’environ 8,6 × 10⁻²³ seconde. À l’autre bout de l’échelle, le xénon 124 a battu en 2019 le record de la plus longue demi-vie jamais mesurée directement : 1,8 × 10²² ans.
Que veut dire « instable » pour un élément ?
Un élément est dit instable quand ses noyaux sont radioactifs : ils se transforment spontanément en d’autres noyaux. Pour mesurer cette instabilité, les physiciens utilisent la demi-vie, qu’on appelle aussi période. Le site laradioactivite.com, animé par la communauté des physiciens du CNRS, la définit comme le temps au bout duquel il ne reste que la moitié des noyaux présents à un instant donné. Et ce temps ne dépend pas de l’instant choisi : au bout d’une demi-vie de plus, il reste la moitié de la moitié, et ainsi de suite. Le même site rappelle qu’il faut attendre dix périodes pour diviser par mille la radioactivité d’un échantillon.
Un élément regroupe plusieurs isotopes, des noyaux qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons. Chacun a sa propre demi-vie. Pour comparer deux éléments, on regarde donc en général leur isotope le plus durable.
Le concept est ancien. Selon le Trinity College de Cambridge, c’est Ernest Rutherford qui a découvert la notion de demi-vie radioactive, lors de ses premiers travaux à l’université McGill, au Canada. Il a reçu le prix Nobel de chimie en 1908 pour ses recherches sur la désintégration des éléments.
Plus la demi-vie est courte, plus l’élément est instable : c’est l’unique mesure du classement.
Quel est l’élément naturel le plus instable ?
C’est le francium. Guinness World Records le désigne comme l’élément naturel le plus instable du tableau périodique, car son isotope le plus stable, le francium 223, a une demi-vie de seulement 22 minutes. La base de données nucléaires de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) donne la même valeur : 22,00 minutes.
Son rival est l’astate, l’élément 85, qui est aussi l’élément naturel le plus rare. Son isotope le plus durable, l’astate 210, a une demi-vie de 8,1 heures selon l’AIEA ; Guinness indique 8,5 heures. Dans les deux cas, l’astate tient plus de vingt fois plus longtemps que le francium.
Le classement change si l’on regarde les isotopes eux-mêmes plutôt que les éléments. L’AIEA donne 56 secondes à l’astate 219, 1,28 seconde à l’astate 218 et un dixième de milliseconde à l’astate 215. Le site laradioactivite.com cite de son côté le polonium 214 et sa période de 0,16 milliseconde.
Le francium est l’élément naturel le plus instable, parce que même son meilleur isotope ne passe pas une demi-heure.
Quel est le noyau qui vit le moins longtemps ?
Parmi les plus de 3 300 noyaux de la base de l’AIEA, la demi-vie la plus courte est celle de l’hydrogène 5 : environ 8,6 × 10⁻²³ seconde. Ce noyau compte un proton et quatre neutrons.
Une telle durée ne se chronomètre pas. L’AIEA ne la donne d’ailleurs pas en secondes mais sous la forme d’une largeur en énergie, 5,3 mégaélectronvolts, dont on déduit la durée de vie : plus cette largeur est grande, plus le noyau disparaît vite.
L’hydrogène 7, parfois cité pour ce record, n’a dans la base de l’AIEA qu’une borne : sa demi-vie y est supérieure à environ 1,5 × 10⁻²¹ seconde, donc plus longue que celle de l’hydrogène 5.
Le noyau le plus éphémère connu est l’hydrogène 5, et sa durée de vie se calcule plus qu’elle ne se mesure.
Et les éléments les plus lourds ?
Ils sont tous très instables. L’oganesson, l’élément 118, le plus lourd du tableau périodique, en donne un exemple : l’AIEA évalue la demi-vie de l’oganesson 294 à 0,58 milliseconde, avec une forte incertitude. Leur découverte et leur fabrication font l’objet de notre page sur les éléments les plus lourds.
L’élément le plus lourd connu vit moins d’une milliseconde.
Quelle est la demi-vie la plus longue jamais mesurée ?
À l’opposé, certains noyaux sont si lents à se désintégrer qu’ils paraissent stables. Le 25 avril 2019, la collaboration XENON1T a publié dans la revue Nature la mesure de la demi-vie du xénon 124 : 1,8 × 10²² ans. Selon l’université Johannes Gutenberg de Mayence, qui participe à l’expérience, c’est environ mille milliards de fois l’âge de l’Univers, et la plus longue demi-vie jamais mesurée directement.
Le détecteur, installé au laboratoire national du Gran Sasso, en Italie, contenait 3 200 kg de xénon liquide. Il sert surtout à chercher la matière noire. Les chercheurs y ont identifié 126 désintégrations du xénon 124 par double capture électronique, et en ont déduit la demi-vie.
Le mot « directement » compte. La base de l’AIEA attribue au tellure 128 une demi-vie encore plus longue, 7,7 × 10²⁴ ans : la collaboration XENON1T présente donc son record comme celui de la mesure directe, pas de toutes les mesures.
Le xénon 124 détient le record de la plus longue demi-vie mesurée directement : mille milliards de fois l’âge de l’Univers.
Les records de demi-vie en un tableau
| Noyau | Élément | Demi-vie | Source |
|---|---|---|---|
| Hydrogène 5 | 1 | environ 8,6 × 10⁻²³ s | AIEA |
| Polonium 214 | 84 | 0,16 ms | laradioactivite.com (CNRS) |
| Oganesson 294 | 118 | 0,58 ms | AIEA |
| Astate 219 | 85 | 56 s | AIEA |
| Francium 223 | 87 | 22 min | AIEA, Guinness World Records |
| Astate 210 | 85 | 8,1 h | AIEA |
| Xénon 124 | 54 | 1,8 × 10²² ans | XENON1T, Nature, 2019 |
| Tellure 128 | 52 | 7,7 × 10²⁴ ans | AIEA |
Entre le noyau le plus bref et le plus lent du tableau, l’écart dépasse 50 ordres de grandeur.
À retenir
- Le francium est l’élément naturel le plus instable : 22 minutes de demi-vie pour son isotope le plus durable.
- L’astate, son rival, tient 8,1 heures selon l’AIEA (8,5 selon Guinness).
- Le noyau le plus éphémère de la base de l’AIEA est l’hydrogène 5, avec environ 8,6 × 10⁻²³ seconde.
- Le xénon 124 détient depuis 2019 la plus longue demi-vie mesurée directement, 1,8 × 10²² ans.
- La notion de demi-vie vient des travaux d’Ernest Rutherford à l’université McGill.
Pour d’autres records de la matière, voyez le matériau le plus dur ou toute la rubrique Sciences.
L’instabilité est une affaire d’échelle : le francium disparaît trop vite pour s’accumuler, et le xénon 124 trop lentement pour qu’on l’ait vu faire avant 2019.
Sources
- Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, données évaluées des états fondamentaux, consultées le 12 novembre 2026 (hydrogène 5 et 7, polonium, astate 210, 215, 218 et 219, francium 223, oganesson 294, tellure 128).
- Guinness World Records, fiche « Most unstable naturally occurring element » (francium 223, 22 minutes ; astate, 8,5 heures).
- Université Johannes Gutenberg de Mayence, communiqué « Astroparticle physicists observe longest half-life ever directly measured », 2019 (xénon 124, 1,8 × 10²² ans, 126 événements, 3 200 kg de xénon, Gran Sasso, publication dans Nature le 25 avril 2019).
- XENON Collaboration (Aprile E. et al.), « Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T », Nature, vol. 568, 2019 (cité d’après la source 3).
- laradioactivite.com, communauté des physiciens du CNRS (IN2P3), « La période de désintégration » (définition, dix périodes pour diviser par mille, polonium 214).
- Trinity College, Cambridge, « Rutherford » (découverte de la notion de demi-vie à l’université McGill, prix Nobel de chimie 1908).
